*** empty log message ***
[emacs.git] / man / calc.texi
blob72c243c35581b09b249a45f8e6b8774796d7307d
1 \input texinfo                  @c -*-texinfo-*-
2 @comment %**start of header (This is for running Texinfo on a region.)
3 @c smallbook
4 @setfilename ../info/calc
5 @c [title]
6 @settitle GNU Emacs Calc 2.02g Manual
7 @setchapternewpage odd
8 @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 @macro cpi{}
27 @math{@pi{}}
28 @end macro
29 @macro cpiover{den}
30 @math{@pi/\den\}
31 @end macro
32 @end iftex
34 @ifnottex
35 @alias texline=comment
36 @macro infoline{stuff}
37 \stuff\
38 @end macro
39 @alias expr=samp
40 @alias tfn=t
41 @alias mathit=i
42 @macro cpi{}
43 @expr{pi}
44 @end macro
45 @macro cpiover{den}
46 @expr{pi/\den\}
47 @end macro
48 @end ifnottex
51 @tex
52 % Suggested by Karl Berry <karl@@freefriends.org>
53 \gdef\!{\mskip-\thinmuskip}
54 @end tex
56 @c Fix some other things specifically for this manual.
57 @iftex
58 @finalout
59 @mathcode`@:=`@:  @c Make Calc fractions come out right in math mode
60 @tex
61 \gdef\coloneq{\mathrel{\mathord:\mathord=}}
63 \gdef\beforedisplay{\vskip-10pt}
64 \gdef\afterdisplay{\vskip-5pt}
65 \gdef\beforedisplayh{\vskip-25pt}
66 \gdef\afterdisplayh{\vskip-10pt}
67 @end tex
68 @newdimen@kyvpos @kyvpos=0pt
69 @newdimen@kyhpos @kyhpos=0pt
70 @newcount@calcclubpenalty @calcclubpenalty=1000
71 @ignore
72 @newcount@calcpageno
73 @newtoks@calcoldeverypar @calcoldeverypar=@everypar
74 @everypar={@calceverypar@the@calcoldeverypar}
75 @ifx@turnoffactive@undefinedzzz@def@turnoffactive{}@fi
76 @ifx@ninett@undefinedzzz@font@ninett=cmtt9@fi
77 @catcode`@\=0 \catcode`\@=11
78 \r@ggedbottomtrue
79 \catcode`\@=0 @catcode`@\=@active
80 @end ignore
81 @end iftex
83 @copying
84 This file documents Calc, the GNU Emacs calculator.
86 Copyright (C) 1990, 1991, 2001, 2002 Free Software Foundation, Inc.
88 @quotation
89 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
90 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.1 or
91 any later version published by the Free Software Foundation; with the
92 Invariant Sections being just ``GNU GENERAL PUBLIC LICENSE'', with the
93 Front-Cover texts being ``A GNU Manual,'' and with the Back-Cover
94 Texts as in (a) below.
96 (a) The FSF's Back-Cover Text is: ``You have freedom to copy and modify
97 this GNU Manual, like GNU software.  Copies published by the Free
98 Software Foundation raise funds for GNU development.''
99 @end quotation
100 @end copying
102 @dircategory Emacs
103 @direntry
104 * Calc: (calc).         Advanced desk calculator and mathematical tool.
105 @end direntry
107 @titlepage
108 @sp 6
109 @center @titlefont{Calc Manual}
110 @sp 4
111 @center GNU Emacs Calc Version 2.02g
112 @c [volume]
113 @sp 1
114 @center January 2002
115 @sp 5
116 @center Dave Gillespie
117 @center daveg@@synaptics.com
118 @page
120 @vskip 0pt plus 1filll
121 Copyright @copyright{} 1990, 1991, 2001, 2002 Free Software Foundation, Inc.
122 @insertcopying
123 @end titlepage
125 @c [begin]
126 @ifinfo
127 @node Top, , (dir), (dir)
128 @chapter The GNU Emacs Calculator
130 @noindent
131 @dfn{Calc} is an advanced desk calculator and mathematical tool
132 that runs as part of the GNU Emacs environment.
134 This manual is divided into three major parts: ``Getting Started,''
135 the ``Calc Tutorial,'' and the ``Calc Reference.''  The Tutorial
136 introduces all the major aspects of Calculator use in an easy,
137 hands-on way.  The remainder of the manual is a complete reference to
138 the features of the Calculator.
140 For help in the Emacs Info system (which you are using to read this
141 file), type @kbd{?}.  (You can also type @kbd{h} to run through a
142 longer Info tutorial.)
144 @end ifinfo
145 @menu
146 * Copying::               How you can copy and share Calc.
148 * Getting Started::       General description and overview.
149 * Interactive Tutorial::
150 * Tutorial::              A step-by-step introduction for beginners.
152 * Introduction::          Introduction to the Calc reference manual.
153 * Data Types::            Types of objects manipulated by Calc.
154 * Stack and Trail::       Manipulating the stack and trail buffers.
155 * Mode Settings::         Adjusting display format and other modes.
156 * Arithmetic::            Basic arithmetic functions.
157 * Scientific Functions::  Transcendentals and other scientific functions.
158 * Matrix Functions::      Operations on vectors and matrices.
159 * Algebra::               Manipulating expressions algebraically.
160 * Units::                 Operations on numbers with units.
161 * Store and Recall::      Storing and recalling variables.
162 * Graphics::              Commands for making graphs of data.
163 * Kill and Yank::         Moving data into and out of Calc.
164 * Embedded Mode::         Working with formulas embedded in a file.
165 * Programming::           Calc as a programmable calculator.
167 * Installation::          Installing Calc as a part of GNU Emacs.
168 * Reporting Bugs::        How to report bugs and make suggestions.
170 * Summary::               Summary of Calc commands and functions.
172 * Key Index::             The standard Calc key sequences.
173 * Command Index::         The interactive Calc commands.
174 * Function Index::        Functions (in algebraic formulas).
175 * Concept Index::         General concepts.
176 * Variable Index::        Variables used by Calc (both user and internal).
177 * Lisp Function Index::   Internal Lisp math functions.
178 @end menu
180 @node Copying, Getting Started, Top, Top
181 @unnumbered GNU GENERAL PUBLIC LICENSE
182 @center Version 1, February 1989
184 @display
185 Copyright @copyright{} 1989 Free Software Foundation, Inc.
186 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA
188 Everyone is permitted to copy and distribute verbatim copies
189 of this license document, but changing it is not allowed.
190 @end display
192 @unnumberedsec Preamble
194   The license agreements of most software companies try to keep users
195 at the mercy of those companies.  By contrast, our General Public
196 License is intended to guarantee your freedom to share and change free
197 software---to make sure the software is free for all its users.  The
198 General Public License applies to the Free Software Foundation's
199 software and to any other program whose authors commit to using it.
200 You can use it for your programs, too.
202   When we speak of free software, we are referring to freedom, not
203 price.  Specifically, the General Public License is designed to make
204 sure that you have the freedom to give away or sell copies of free
205 software, that you receive source code or can get it if you want it,
206 that you can change the software or use pieces of it in new free
207 programs; and that you know you can do these things.
209   To protect your rights, we need to make restrictions that forbid
210 anyone to deny you these rights or to ask you to surrender the rights.
211 These restrictions translate to certain responsibilities for you if you
212 distribute copies of the software, or if you modify it.
214   For example, if you distribute copies of a such a program, whether
215 gratis or for a fee, you must give the recipients all the rights that
216 you have.  You must make sure that they, too, receive or can get the
217 source code.  And you must tell them their rights.
219   We protect your rights with two steps: (1) copyright the software, and
220 (2) offer you this license which gives you legal permission to copy,
221 distribute and/or modify the software.
223   Also, for each author's protection and ours, we want to make certain
224 that everyone understands that there is no warranty for this free
225 software.  If the software is modified by someone else and passed on, we
226 want its recipients to know that what they have is not the original, so
227 that any problems introduced by others will not reflect on the original
228 authors' reputations.
230   The precise terms and conditions for copying, distribution and
231 modification follow.
233 @iftex
234 @unnumberedsec TERMS AND CONDITIONS
235 @end iftex
236 @ifinfo
237 @center TERMS AND CONDITIONS
238 @end ifinfo
240 @enumerate
241 @item
242 This License Agreement applies to any program or other work which
243 contains a notice placed by the copyright holder saying it may be
244 distributed under the terms of this General Public License.  The
245 ``Program'', below, refers to any such program or work, and a ``work based
246 on the Program'' means either the Program or any work containing the
247 Program or a portion of it, either verbatim or with modifications.  Each
248 licensee is addressed as ``you''.
250 @item
251 You may copy and distribute verbatim copies of the Program's source
252 code as you receive it, in any medium, provided that you conspicuously and
253 appropriately publish on each copy an appropriate copyright notice and
254 disclaimer of warranty; keep intact all the notices that refer to this
255 General Public License and to the absence of any warranty; and give any
256 other recipients of the Program a copy of this General Public License
257 along with the Program.  You may charge a fee for the physical act of
258 transferring a copy.
260 @item
261 You may modify your copy or copies of the Program or any portion of
262 it, and copy and distribute such modifications under the terms of Paragraph
263 1 above, provided that you also do the following:
265 @itemize @bullet
266 @item
267 cause the modified files to carry prominent notices stating that
268 you changed the files and the date of any change; and
270 @item
271 cause the whole of any work that you distribute or publish, that
272 in whole or in part contains the Program or any part thereof, either
273 with or without modifications, to be licensed at no charge to all
274 third parties under the terms of this General Public License (except
275 that you may choose to grant warranty protection to some or all
276 third parties, at your option).
278 @item
279 If the modified program normally reads commands interactively when
280 run, you must cause it, when started running for such interactive use
281 in the simplest and most usual way, to print or display an
282 announcement including an appropriate copyright notice and a notice
283 that there is no warranty (or else, saying that you provide a
284 warranty) and that users may redistribute the program under these
285 conditions, and telling the user how to view a copy of this General
286 Public License.
288 @item
289 You may charge a fee for the physical act of transferring a
290 copy, and you may at your option offer warranty protection in
291 exchange for a fee.
292 @end itemize
294 Mere aggregation of another independent work with the Program (or its
295 derivative) on a volume of a storage or distribution medium does not bring
296 the other work under the scope of these terms.
298 @item
299 You may copy and distribute the Program (or a portion or derivative of
300 it, under Paragraph 2) in object code or executable form under the terms of
301 Paragraphs 1 and 2 above provided that you also do one of the following:
303 @itemize @bullet
304 @item
305 accompany it with the complete corresponding machine-readable
306 source code, which must be distributed under the terms of
307 Paragraphs 1 and 2 above; or,
309 @item
310 accompany it with a written offer, valid for at least three
311 years, to give any third party free (except for a nominal charge
312 for the cost of distribution) a complete machine-readable copy of the
313 corresponding source code, to be distributed under the terms of
314 Paragraphs 1 and 2 above; or,
316 @item
317 accompany it with the information you received as to where the
318 corresponding source code may be obtained.  (This alternative is
319 allowed only for noncommercial distribution and only if you
320 received the program in object code or executable form alone.)
321 @end itemize
323 Source code for a work means the preferred form of the work for making
324 modifications to it.  For an executable file, complete source code means
325 all the source code for all modules it contains; but, as a special
326 exception, it need not include source code for modules which are standard
327 libraries that accompany the operating system on which the executable
328 file runs, or for standard header files or definitions files that
329 accompany that operating system.
331 @item
332 You may not copy, modify, sublicense, distribute or transfer the
333 Program except as expressly provided under this General Public License.
334 Any attempt otherwise to copy, modify, sublicense, distribute or transfer
335 the Program is void, and will automatically terminate your rights to use
336 the Program under this License.  However, parties who have received
337 copies, or rights to use copies, from you under this General Public
338 License will not have their licenses terminated so long as such parties
339 remain in full compliance.
341 @item
342 By copying, distributing or modifying the Program (or any work based
343 on the Program) you indicate your acceptance of this license to do so,
344 and all its terms and conditions.
346 @item
347 Each time you redistribute the Program (or any work based on the
348 Program), the recipient automatically receives a license from the original
349 licensor to copy, distribute or modify the Program subject to these
350 terms and conditions.  You may not impose any further restrictions on the
351 recipients' exercise of the rights granted herein.
353 @item
354 The Free Software Foundation may publish revised and/or new versions
355 of the General Public License from time to time.  Such new versions will
356 be similar in spirit to the present version, but may differ in detail to
357 address new problems or concerns.
359 Each version is given a distinguishing version number.  If the Program
360 specifies a version number of the license which applies to it and ``any
361 later version'', you have the option of following the terms and conditions
362 either of that version or of any later version published by the Free
363 Software Foundation.  If the Program does not specify a version number of
364 the license, you may choose any version ever published by the Free Software
365 Foundation.
367 @item
368 If you wish to incorporate parts of the Program into other free
369 programs whose distribution conditions are different, write to the author
370 to ask for permission.  For software which is copyrighted by the Free
371 Software Foundation, write to the Free Software Foundation; we sometimes
372 make exceptions for this.  Our decision will be guided by the two goals
373 of preserving the free status of all derivatives of our free software and
374 of promoting the sharing and reuse of software generally.
376 @iftex
377 @heading NO WARRANTY
378 @end iftex
379 @ifinfo
380 @center NO WARRANTY
381 @end ifinfo
383 @item
384 BECAUSE THE PROGRAM IS LICENSED FREE OF CHARGE, THERE IS NO WARRANTY
385 FOR THE PROGRAM, TO THE EXTENT PERMITTED BY APPLICABLE LAW.  EXCEPT WHEN
386 OTHERWISE STATED IN WRITING THE COPYRIGHT HOLDERS AND/OR OTHER PARTIES
387 PROVIDE THE PROGRAM ``AS IS'' WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EITHER EXPRESSED
388 OR IMPLIED, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
389 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  THE ENTIRE RISK AS
390 TO THE QUALITY AND PERFORMANCE OF THE PROGRAM IS WITH YOU.  SHOULD THE
391 PROGRAM PROVE DEFECTIVE, YOU ASSUME THE COST OF ALL NECESSARY SERVICING,
392 REPAIR OR CORRECTION.
394 @item
395 IN NO EVENT UNLESS REQUIRED BY APPLICABLE LAW OR AGREED TO IN WRITING WILL
396 ANY COPYRIGHT HOLDER, OR ANY OTHER PARTY WHO MAY MODIFY AND/OR
397 REDISTRIBUTE THE PROGRAM AS PERMITTED ABOVE, BE LIABLE TO YOU FOR DAMAGES,
398 INCLUDING ANY GENERAL, SPECIAL, INCIDENTAL OR CONSEQUENTIAL DAMAGES
399 ARISING OUT OF THE USE OR INABILITY TO USE THE PROGRAM (INCLUDING BUT NOT
400 LIMITED TO LOSS OF DATA OR DATA BEING RENDERED INACCURATE OR LOSSES
401 SUSTAINED BY YOU OR THIRD PARTIES OR A FAILURE OF THE PROGRAM TO OPERATE
402 WITH ANY OTHER PROGRAMS), EVEN IF SUCH HOLDER OR OTHER PARTY HAS BEEN
403 ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES.
404 @end enumerate
406 @node Getting Started, Tutorial, Copying, Top
407 @chapter Getting Started
408 @noindent
409 This chapter provides a general overview of Calc, the GNU Emacs
410 Calculator:  What it is, how to start it and how to exit from it,
411 and what are the various ways that it can be used.
413 @menu
414 * What is Calc::
415 * About This Manual::
416 * Notations Used in This Manual::
417 * Using Calc::
418 * Demonstration of Calc::
419 * History and Acknowledgements::
420 @end menu
422 @node What is Calc, About This Manual, Getting Started, Getting Started
423 @section What is Calc?
425 @noindent
426 @dfn{Calc} is an advanced calculator and mathematical tool that runs as
427 part of the GNU Emacs environment.  Very roughly based on the HP-28/48
428 series of calculators, its many features include:
430 @itemize @bullet
431 @item
432 Choice of algebraic or RPN (stack-based) entry of calculations.
434 @item
435 Arbitrary precision integers and floating-point numbers.
437 @item
438 Arithmetic on rational numbers, complex numbers (rectangular and polar),
439 error forms with standard deviations, open and closed intervals, vectors
440 and matrices, dates and times, infinities, sets, quantities with units,
441 and algebraic formulas.
443 @item
444 Mathematical operations such as logarithms and trigonometric functions.
446 @item
447 Programmer's features (bitwise operations, non-decimal numbers).
449 @item
450 Financial functions such as future value and internal rate of return.
452 @item
453 Number theoretical features such as prime factorization and arithmetic
454 modulo @var{m} for any @var{m}.
456 @item
457 Algebraic manipulation features, including symbolic calculus.
459 @item
460 Moving data to and from regular editing buffers.
462 @item
463 Embedded mode for manipulating Calc formulas and data directly
464 inside any editing buffer.
466 @item
467 Graphics using GNUPLOT, a versatile (and free) plotting program.
469 @item
470 Easy programming using keyboard macros, algebraic formulas,
471 algebraic rewrite rules, or extended Emacs Lisp.
472 @end itemize
474 Calc tries to include a little something for everyone; as a result it is
475 large and might be intimidating to the first-time user.  If you plan to
476 use Calc only as a traditional desk calculator, all you really need to
477 read is the ``Getting Started'' chapter of this manual and possibly the
478 first few sections of the tutorial.  As you become more comfortable with
479 the program you can learn its additional features.  In terms of efficiency,
480 scope and depth, Calc cannot replace a powerful tool like Mathematica.
481 But Calc has the advantages of convenience, portability, and availability
482 of the source code.  And, of course, it's free!
484 @node About This Manual, Notations Used in This Manual, What is Calc, Getting Started
485 @section About This Manual
487 @noindent
488 This document serves as a complete description of the GNU Emacs
489 Calculator.  It works both as an introduction for novices, and as
490 a reference for experienced users.  While it helps to have some
491 experience with GNU Emacs in order to get the most out of Calc,
492 this manual ought to be readable even if you don't know or use Emacs
493 regularly.
495 @ifinfo
496 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
497 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
498 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
499 @end ifinfo
500 @iftex
501 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
502 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
503 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
504 @c [when-split]
505 @c This manual has been printed in two volumes, the @dfn{Tutorial} and the
506 @c @dfn{Reference}.  Both volumes include a copy of the ``Getting Started''
507 @c chapter.
508 @end iftex
510 If you are in a hurry to use Calc, there is a brief ``demonstration''
511 below which illustrates the major features of Calc in just a couple of
512 pages.  If you don't have time to go through the full tutorial, this
513 will show you everything you need to know to begin.
514 @xref{Demonstration of Calc}.
516 The tutorial chapter walks you through the various parts of Calc
517 with lots of hands-on examples and explanations.  If you are new
518 to Calc and you have some time, try going through at least the
519 beginning of the tutorial.  The tutorial includes about 70 exercises
520 with answers.  These exercises give you some guided practice with
521 Calc, as well as pointing out some interesting and unusual ways
522 to use its features.
524 The reference section discusses Calc in complete depth.  You can read
525 the reference from start to finish if you want to learn every aspect
526 of Calc.  Or, you can look in the table of contents or the Concept
527 Index to find the parts of the manual that discuss the things you
528 need to know.
530 @cindex Marginal notes
531 Every Calc keyboard command is listed in the Calc Summary, and also
532 in the Key Index.  Algebraic functions, @kbd{M-x} commands, and
533 variables also have their own indices.  
534 @texline Each
535 @infoline In the printed manual, each
536 paragraph that is referenced in the Key or Function Index is marked
537 in the margin with its index entry.
539 @c [fix-ref Help Commands]
540 You can access this manual on-line at any time within Calc by
541 pressing the @kbd{h i} key sequence.  Outside of the Calc window,
542 you can press @kbd{M-# i} to read the manual on-line.  Also, you
543 can jump directly to the Tutorial by pressing @kbd{h t} or @kbd{M-# t},
544 or to the Summary by pressing @kbd{h s} or @kbd{M-# s}.  Within Calc,
545 you can also go to the part of the manual describing any Calc key,
546 function, or variable using @w{@kbd{h k}}, @kbd{h f}, or @kbd{h v},
547 respectively.  @xref{Help Commands}.
549 Printed copies of this manual are also available from the Free Software
550 Foundation.
552 @node Notations Used in This Manual, Demonstration of Calc, About This Manual, Getting Started
553 @section Notations Used in This Manual
555 @noindent
556 This section describes the various notations that are used
557 throughout the Calc manual.
559 In keystroke sequences, uppercase letters mean you must hold down
560 the shift key while typing the letter.  Keys pressed with Control
561 held down are shown as @kbd{C-x}.  Keys pressed with Meta held down
562 are shown as @kbd{M-x}.  Other notations are @key{RET} for the
563 Return key, @key{SPC} for the space bar, @key{TAB} for the Tab key,
564 @key{DEL} for the Delete key, and @key{LFD} for the Line-Feed key.
565 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards, it is
566 whatever key you would use to correct a simple typing error when
567 regularly using Emacs.
569 (If you don't have the @key{LFD} or @key{TAB} keys on your keyboard,
570 the @kbd{C-j} and @kbd{C-i} keys are equivalent to them, respectively.
571 If you don't have a Meta key, look for Alt or Extend Char.  You can
572 also press @key{ESC} or @key{C-[} first to get the same effect, so
573 that @kbd{M-x}, @kbd{@key{ESC} x}, and @kbd{C-[ x} are all equivalent.)
575 Sometimes the @key{RET} key is not shown when it is ``obvious''
576 that you must press @key{RET} to proceed.  For example, the @key{RET}
577 is usually omitted in key sequences like @kbd{M-x calc-keypad @key{RET}}.
579 Commands are generally shown like this:  @kbd{p} (@code{calc-precision})
580 or @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}).  This means that the command is
581 normally used by pressing the @kbd{p} key or @kbd{M-# k} key sequence,
582 but it also has the full-name equivalent shown, e.g., @kbd{M-x calc-precision}.
584 Commands that correspond to functions in algebraic notation
585 are written:  @kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}].  This means
586 the @kbd{C} key is equivalent to @kbd{M-x calc-cos}, and that
587 the corresponding function in an algebraic-style formula would
588 be @samp{cos(@var{x})}.
590 A few commands don't have key equivalents:  @code{calc-sincos}
591 [@code{sincos}].
593 @node Demonstration of Calc, Using Calc, Notations Used in This Manual, Getting Started
594 @section A Demonstration of Calc
596 @noindent
597 @cindex Demonstration of Calc
598 This section will show some typical small problems being solved with
599 Calc.  The focus is more on demonstration than explanation, but
600 everything you see here will be covered more thoroughly in the
601 Tutorial.
603 To begin, start Emacs if necessary (usually the command @code{emacs}
604 does this), and type @kbd{M-# c} (or @kbd{@key{ESC} # c}) to start the
605 Calculator.  (@xref{Starting Calc}, if this doesn't work for you.)
607 Be sure to type all the sample input exactly, especially noting the
608 difference between lower-case and upper-case letters.  Remember,
609 @key{RET}, @key{TAB}, @key{DEL}, and @key{SPC} are the Return, Tab,
610 Delete, and Space keys.
612 @strong{RPN calculation.}  In RPN, you type the input number(s) first,
613 then the command to operate on the numbers.
615 @noindent
616 Type @kbd{2 @key{RET} 3 + Q} to compute 
617 @texline @math{\sqrt{2+3} = 2.2360679775}.
618 @infoline the square root of 2+3, which is 2.2360679775.
620 @noindent
621 Type @kbd{P 2 ^} to compute 
622 @texline @math{\pi^2 = 9.86960440109}.
623 @infoline the value of `pi' squared, 9.86960440109.
625 @noindent
626 Type @key{TAB} to exchange the order of these two results.
628 @noindent
629 Type @kbd{- I H S} to subtract these results and compute the Inverse
630 Hyperbolic sine of the difference, 2.72996136574.
632 @noindent
633 Type @key{DEL} to erase this result.
635 @strong{Algebraic calculation.}  You can also enter calculations using
636 conventional ``algebraic'' notation.  To enter an algebraic formula,
637 use the apostrophe key.
639 @noindent
640 Type @kbd{' sqrt(2+3) @key{RET}} to compute 
641 @texline @math{\sqrt{2+3}}.
642 @infoline the square root of 2+3.
644 @noindent
645 Type @kbd{' pi^2 @key{RET}} to enter 
646 @texline @math{\pi^2}.
647 @infoline `pi' squared.  
648 To evaluate this symbolic formula as a number, type @kbd{=}.
650 @noindent
651 Type @kbd{' arcsinh($ - $$) @key{RET}} to subtract the second-most-recent
652 result from the most-recent and compute the Inverse Hyperbolic sine.
654 @strong{Keypad mode.}  If you are using the X window system, press
655 @w{@kbd{M-# k}} to get Keypad mode.  (If you don't use X, skip to
656 the next section.)
658 @noindent
659 Click on the @key{2}, @key{ENTER}, @key{3}, @key{+}, and @key{SQRT}
660 ``buttons'' using your left mouse button.
662 @noindent
663 Click on @key{PI}, @key{2}, and @tfn{y^x}.
665 @noindent
666 Click on @key{INV}, then @key{ENTER} to swap the two results.
668 @noindent
669 Click on @key{-}, @key{INV}, @key{HYP}, and @key{SIN}.
671 @noindent
672 Click on @key{<-} to erase the result, then click @key{OFF} to turn
673 the Keypad Calculator off.
675 @strong{Grabbing data.}  Type @kbd{M-# x} if necessary to exit Calc.
676 Now select the following numbers as an Emacs region:  ``Mark'' the
677 front of the list by typing @kbd{C-@key{SPC}} or @kbd{C-@@} there,
678 then move to the other end of the list.  (Either get this list from
679 the on-line copy of this manual, accessed by @w{@kbd{M-# i}}, or just
680 type these numbers into a scratch file.)  Now type @kbd{M-# g} to
681 ``grab'' these numbers into Calc.
683 @example
684 @group
685 1.23  1.97
686 1.6   2
687 1.19  1.08
688 @end group
689 @end example
691 @noindent
692 The result @samp{[1.23, 1.97, 1.6, 2, 1.19, 1.08]} is a Calc ``vector.''
693 Type @w{@kbd{V R +}} to compute the sum of these numbers.
695 @noindent
696 Type @kbd{U} to Undo this command, then type @kbd{V R *} to compute
697 the product of the numbers.
699 @noindent
700 You can also grab data as a rectangular matrix.  Place the cursor on
701 the upper-leftmost @samp{1} and set the mark, then move to just after
702 the lower-right @samp{8} and press @kbd{M-# r}.
704 @noindent
705 Type @kbd{v t} to transpose this 
706 @texline @math{3\times2}
707 @infoline 3x2 
708 matrix into a 
709 @texline @math{2\times3}
710 @infoline 2x3
711 matrix.  Type @w{@kbd{v u}} to unpack the rows into two separate
712 vectors.  Now type @w{@kbd{V R + @key{TAB} V R +}} to compute the sums
713 of the two original columns. (There is also a special
714 grab-and-sum-columns command, @kbd{M-# :}.)
716 @strong{Units conversion.}  Units are entered algebraically.
717 Type @w{@kbd{' 43 mi/hr @key{RET}}} to enter the quantity 43 miles-per-hour.
718 Type @w{@kbd{u c km/hr @key{RET}}}.  Type @w{@kbd{u c m/s @key{RET}}}.
720 @strong{Date arithmetic.}  Type @kbd{t N} to get the current date and
721 time.  Type @kbd{90 +} to find the date 90 days from now.  Type
722 @kbd{' <25 dec 87> @key{RET}} to enter a date, then @kbd{- 7 /} to see how
723 many weeks have passed since then.
725 @strong{Algebra.}  Algebraic entries can also include formulas
726 or equations involving variables.  Type @kbd{@w{' [x + y} = a, x y = 1] @key{RET}}
727 to enter a pair of equations involving three variables.
728 (Note the leading apostrophe in this example; also, note that the space
729 between @samp{x y} is required.)  Type @w{@kbd{a S x,y @key{RET}}} to solve
730 these equations for the variables @expr{x} and @expr{y}.
732 @noindent
733 Type @kbd{d B} to view the solutions in more readable notation.
734 Type @w{@kbd{d C}} to view them in C language notation, @kbd{d T}
735 to view them in the notation for the @TeX{} typesetting system,
736 and @kbd{d L} to view them in the notation for the La@TeX{} typesetting
737 system.  Type @kbd{d N} to return to normal notation.
739 @noindent
740 Type @kbd{7.5}, then @kbd{s l a @key{RET}} to let @expr{a = 7.5} in these formulas.
741 (That's a letter @kbd{l}, not a numeral @kbd{1}.)
743 @iftex
744 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
745 manual.  Type @kbd{M-# c} to return to Calc after each of these
746 commands: @kbd{h k t N} to read about the @kbd{t N} command,
747 @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the @code{sqrt} function, and
748 @kbd{h s} to read the Calc summary.
749 @end iftex
750 @ifinfo
751 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
752 manual.  Remember to type the letter @kbd{l}, then @kbd{M-# c}, to
753 return here after each of these commands: @w{@kbd{h k t N}} to read
754 about the @w{@kbd{t N}} command, @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the
755 @code{sqrt} function, and @kbd{h s} to read the Calc summary.
756 @end ifinfo
758 Press @key{DEL} repeatedly to remove any leftover results from the stack.
759 To exit from Calc, press @kbd{q} or @kbd{M-# c} again.
761 @node Using Calc, History and Acknowledgements, Demonstration of Calc, Getting Started
762 @section Using Calc
764 @noindent
765 Calc has several user interfaces that are specialized for
766 different kinds of tasks.  As well as Calc's standard interface,
767 there are Quick mode, Keypad mode, and Embedded mode.
769 @menu
770 * Starting Calc::
771 * The Standard Interface::
772 * Quick Mode Overview::
773 * Keypad Mode Overview::
774 * Standalone Operation::
775 * Embedded Mode Overview::
776 * Other M-# Commands::
777 @end menu
779 @node Starting Calc, The Standard Interface, Using Calc, Using Calc
780 @subsection Starting Calc
782 @noindent
783 On most systems, you can type @kbd{M-#} to start the Calculator.
784 The notation @kbd{M-#} is short for Meta-@kbd{#}.  On most
785 keyboards this means holding down the Meta (or Alt) and
786 Shift keys while typing @kbd{3}.
788 @cindex META key
789 Once again, if you don't have a Meta key on your keyboard you can type
790 @key{ESC} first, then @kbd{#}, to accomplish the same thing.  If you
791 don't even have an @key{ESC} key, you can fake it by holding down
792 Control or @key{CTRL} while typing a left square bracket
793 (that's @kbd{C-[} in Emacs notation).
795 @kbd{M-#} is a @dfn{prefix key}; when you press it, Emacs waits for
796 you to press a second key to complete the command.  In this case,
797 you will follow @kbd{M-#} with a letter (upper- or lower-case, it
798 doesn't matter for @kbd{M-#}) that says which Calc interface you
799 want to use.
801 To get Calc's standard interface, type @kbd{M-# c}.  To get
802 Keypad mode, type @kbd{M-# k}.  Type @kbd{M-# ?} to get a brief
803 list of the available options, and type a second @kbd{?} to get
804 a complete list.
806 To ease typing, @kbd{M-# M-#} (or @kbd{M-# #} if that's easier)
807 also works to start Calc.  It starts the same interface (either
808 @kbd{M-# c} or @w{@kbd{M-# k}}) that you last used, selecting the
809 @kbd{M-# c} interface by default.  (If your installation has
810 a special function key set up to act like @kbd{M-#}, hitting that
811 function key twice is just like hitting @kbd{M-# M-#}.)
813 If @kbd{M-#} doesn't work for you, you can always type explicit
814 commands like @kbd{M-x calc} (for the standard user interface) or
815 @w{@kbd{M-x calc-keypad}} (for Keypad mode).  First type @kbd{M-x}
816 (that's Meta with the letter @kbd{x}), then, at the prompt,
817 type the full command (like @kbd{calc-keypad}) and press Return.
819 The same commands (like @kbd{M-# c} or @kbd{M-# M-#}) that start
820 the Calculator also turn it off if it is already on.
822 @node The Standard Interface, Quick Mode Overview, Starting Calc, Using Calc
823 @subsection The Standard Calc Interface
825 @noindent
826 @cindex Standard user interface
827 Calc's standard interface acts like a traditional RPN calculator,
828 operated by the normal Emacs keyboard.  When you type @kbd{M-# c}
829 to start the Calculator, the Emacs screen splits into two windows
830 with the file you were editing on top and Calc on the bottom.
832 @smallexample
833 @group
836 --**-Emacs: myfile             (Fundamental)----All----------------------
837 --- Emacs Calculator Mode ---                   |Emacs Calc Mode v2.00...
838 2:  17.3                                        |    17.3
839 1:  -5                                          |    3
840     .                                           |    2
841                                                 |    4
842                                                 |  * 8
843                                                 |  ->-5
844                                                 |
845 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All----- --%%-Emacs: *Calc Trail*
846 @end group
847 @end smallexample
849 In this figure, the mode-line for @file{myfile} has moved up and the
850 ``Calculator'' window has appeared below it.  As you can see, Calc
851 actually makes two windows side-by-side.  The lefthand one is
852 called the @dfn{stack window} and the righthand one is called the
853 @dfn{trail window.}  The stack holds the numbers involved in the
854 calculation you are currently performing.  The trail holds a complete
855 record of all calculations you have done.  In a desk calculator with
856 a printer, the trail corresponds to the paper tape that records what
857 you do.
859 In this case, the trail shows that four numbers (17.3, 3, 2, and 4)
860 were first entered into the Calculator, then the 2 and 4 were
861 multiplied to get 8, then the 3 and 8 were subtracted to get @mathit{-5}.
862 (The @samp{>} symbol shows that this was the most recent calculation.)
863 The net result is the two numbers 17.3 and @mathit{-5} sitting on the stack.
865 Most Calculator commands deal explicitly with the stack only, but
866 there is a set of commands that allow you to search back through
867 the trail and retrieve any previous result.
869 Calc commands use the digits, letters, and punctuation keys.
870 Shifted (i.e., upper-case) letters are different from lowercase
871 letters.  Some letters are @dfn{prefix} keys that begin two-letter
872 commands.  For example, @kbd{e} means ``enter exponent'' and shifted
873 @kbd{E} means @expr{e^x}.  With the @kbd{d} (``display modes'') prefix
874 the letter ``e'' takes on very different meanings:  @kbd{d e} means
875 ``engineering notation'' and @kbd{d E} means ``@dfn{eqn} language mode.''
877 There is nothing stopping you from switching out of the Calc
878 window and back into your editing window, say by using the Emacs
879 @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window}) command.  When the cursor is
880 inside a regular window, Emacs acts just like normal.  When the
881 cursor is in the Calc stack or trail windows, keys are interpreted
882 as Calc commands.
884 When you quit by pressing @kbd{M-# c} a second time, the Calculator
885 windows go away but the actual Stack and Trail are not gone, just
886 hidden.  When you press @kbd{M-# c} once again you will get the
887 same stack and trail contents you had when you last used the
888 Calculator.
890 The Calculator does not remember its state between Emacs sessions.
891 Thus if you quit Emacs and start it again, @kbd{M-# c} will give you
892 a fresh stack and trail.  There is a command (@kbd{m m}) that lets
893 you save your favorite mode settings between sessions, though.
894 One of the things it saves is which user interface (standard or
895 Keypad) you last used; otherwise, a freshly started Emacs will
896 always treat @kbd{M-# M-#} the same as @kbd{M-# c}.
898 The @kbd{q} key is another equivalent way to turn the Calculator off.
900 If you type @kbd{M-# b} first and then @kbd{M-# c}, you get a
901 full-screen version of Calc (@code{full-calc}) in which the stack and
902 trail windows are still side-by-side but are now as tall as the whole
903 Emacs screen.  When you press @kbd{q} or @kbd{M-# c} again to quit,
904 the file you were editing before reappears.  The @kbd{M-# b} key
905 switches back and forth between ``big'' full-screen mode and the
906 normal partial-screen mode.
908 Finally, @kbd{M-# o} (@code{calc-other-window}) is like @kbd{M-# c}
909 except that the Calc window is not selected.  The buffer you were
910 editing before remains selected instead.  @kbd{M-# o} is a handy
911 way to switch out of Calc momentarily to edit your file; type
912 @kbd{M-# c} to switch back into Calc when you are done.
914 @node Quick Mode Overview, Keypad Mode Overview, The Standard Interface, Using Calc
915 @subsection Quick Mode (Overview)
917 @noindent
918 @dfn{Quick mode} is a quick way to use Calc when you don't need the
919 full complexity of the stack and trail.  To use it, type @kbd{M-# q}
920 (@code{quick-calc}) in any regular editing buffer.
922 Quick mode is very simple:  It prompts you to type any formula in
923 standard algebraic notation (like @samp{4 - 2/3}) and then displays
924 the result at the bottom of the Emacs screen (@mathit{3.33333333333}
925 in this case).  You are then back in the same editing buffer you
926 were in before, ready to continue editing or to type @kbd{M-# q}
927 again to do another quick calculation.  The result of the calculation
928 will also be in the Emacs ``kill ring'' so that a @kbd{C-y} command
929 at this point will yank the result into your editing buffer.
931 Calc mode settings affect Quick mode, too, though you will have to
932 go into regular Calc (with @kbd{M-# c}) to change the mode settings.
934 @c [fix-ref Quick Calculator mode]
935 @xref{Quick Calculator}, for further information.
937 @node Keypad Mode Overview, Standalone Operation, Quick Mode Overview, Using Calc
938 @subsection Keypad Mode (Overview)
940 @noindent
941 @dfn{Keypad mode} is a mouse-based interface to the Calculator.
942 It is designed for use with terminals that support a mouse.  If you
943 don't have a mouse, you will have to operate Keypad mode with your
944 arrow keys (which is probably more trouble than it's worth).
946 Type @kbd{M-# k} to turn Keypad mode on or off.  Once again you
947 get two new windows, this time on the righthand side of the screen
948 instead of at the bottom.  The upper window is the familiar Calc
949 Stack; the lower window is a picture of a typical calculator keypad.
951 @tex
952 \dimen0=\pagetotal%
953 \advance \dimen0 by 24\baselineskip%
954 \ifdim \dimen0>\pagegoal \vfill\eject \fi%
955 \medskip
956 @end tex
957 @smallexample
958                                         |--- Emacs Calculator Mode ---
959                                         |2:  17.3
960                                         |1:  -5
961                                         |    .
962                                         |--%%-Calc: 12 Deg       (Calcul
963                                         |----+-----Calc 2.00-----+----1
964                                         |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
965                                         |----+----+----+----+----+----|
966                                         | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
967                                         |----+----+----+----+----+----|
968                                         |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
969                                         |----+----+----+----+----+----|
970                                         |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
971                                         |-----+---+-+--+--+-+---++----|
972                                         | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
973                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
974                                         | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
975                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
976                                         |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
977                                         |-----+-----+-----+-----+-----|
978                                         | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
979                                         |-----+-----+-----+-----+-----+
980 @end smallexample
982 Keypad mode is much easier for beginners to learn, because there
983 is no need to memorize lots of obscure key sequences.  But not all
984 commands in regular Calc are available on the Keypad.  You can
985 always switch the cursor into the Calc stack window to use
986 standard Calc commands if you need.  Serious Calc users, though,
987 often find they prefer the standard interface over Keypad mode.
989 To operate the Calculator, just click on the ``buttons'' of the
990 keypad using your left mouse button.  To enter the two numbers
991 shown here you would click @w{@kbd{1 7 .@: 3 ENTER 5 +/- ENTER}}; to
992 add them together you would then click @kbd{+} (to get 12.3 on
993 the stack).
995 If you click the right mouse button, the top three rows of the
996 keypad change to show other sets of commands, such as advanced
997 math functions, vector operations, and operations on binary
998 numbers.
1000 Because Keypad mode doesn't use the regular keyboard, Calc leaves
1001 the cursor in your original editing buffer.  You can type in
1002 this buffer in the usual way while also clicking on the Calculator
1003 keypad.  One advantage of Keypad mode is that you don't need an
1004 explicit command to switch between editing and calculating.
1006 If you press @kbd{M-# b} first, you get a full-screen Keypad mode
1007 (@code{full-calc-keypad}) with three windows:  The keypad in the lower
1008 left, the stack in the lower right, and the trail on top.
1010 @c [fix-ref Keypad Mode]
1011 @xref{Keypad Mode}, for further information.
1013 @node Standalone Operation, Embedded Mode Overview, Keypad Mode Overview, Using Calc
1014 @subsection Standalone Operation
1016 @noindent
1017 @cindex Standalone Operation
1018 If you are not in Emacs at the moment but you wish to use Calc,
1019 you must start Emacs first.  If all you want is to run Calc, you
1020 can give the commands:
1022 @example
1023 emacs -f full-calc
1024 @end example
1026 @noindent
1029 @example
1030 emacs -f full-calc-keypad
1031 @end example
1033 @noindent
1034 which run a full-screen Calculator (as if by @kbd{M-# b M-# c}) or
1035 a full-screen X-based Calculator (as if by @kbd{M-# b M-# k}).
1036 In standalone operation, quitting the Calculator (by pressing
1037 @kbd{q} or clicking on the keypad @key{EXIT} button) quits Emacs
1038 itself.
1040 @node Embedded Mode Overview, Other M-# Commands, Standalone Operation, Using Calc
1041 @subsection Embedded Mode (Overview)
1043 @noindent
1044 @dfn{Embedded mode} is a way to use Calc directly from inside an
1045 editing buffer.  Suppose you have a formula written as part of a
1046 document like this:
1048 @smallexample
1049 @group
1050 The derivative of
1052                                    ln(ln(x))
1055 @end group
1056 @end smallexample
1058 @noindent
1059 and you wish to have Calc compute and format the derivative for
1060 you and store this derivative in the buffer automatically.  To
1061 do this with Embedded mode, first copy the formula down to where
1062 you want the result to be:
1064 @smallexample
1065 @group
1066 The derivative of
1068                                    ln(ln(x))
1072                                    ln(ln(x))
1073 @end group
1074 @end smallexample
1076 Now, move the cursor onto this new formula and press @kbd{M-# e}.
1077 Calc will read the formula (using the surrounding blank lines to
1078 tell how much text to read), then push this formula (invisibly)
1079 onto the Calc stack.  The cursor will stay on the formula in the
1080 editing buffer, but the buffer's mode line will change to look
1081 like the Calc mode line (with mode indicators like @samp{12 Deg}
1082 and so on).  Even though you are still in your editing buffer,
1083 the keyboard now acts like the Calc keyboard, and any new result
1084 you get is copied from the stack back into the buffer.  To take
1085 the derivative, you would type @kbd{a d x @key{RET}}.
1087 @smallexample
1088 @group
1089 The derivative of
1091                                    ln(ln(x))
1095 1 / ln(x) x
1096 @end group
1097 @end smallexample
1099 To make this look nicer, you might want to press @kbd{d =} to center
1100 the formula, and even @kbd{d B} to use Big display mode.
1102 @smallexample
1103 @group
1104 The derivative of
1106                                    ln(ln(x))
1109 % [calc-mode: justify: center]
1110 % [calc-mode: language: big]
1112                                        1
1113                                     -------
1114                                     ln(x) x
1115 @end group
1116 @end smallexample
1118 Calc has added annotations to the file to help it remember the modes
1119 that were used for this formula.  They are formatted like comments
1120 in the @TeX{} typesetting language, just in case you are using @TeX{} or
1121 La@TeX{}. (In this example @TeX{} is not being used, so you might want
1122 to move these comments up to the top of the file or otherwise put them
1123 out of the way.)
1125 As an extra flourish, we can add an equation number using a
1126 righthand label:  Type @kbd{d @} (1) @key{RET}}.
1128 @smallexample
1129 @group
1130 % [calc-mode: justify: center]
1131 % [calc-mode: language: big]
1132 % [calc-mode: right-label: " (1)"]
1134                                        1
1135                                     -------                      (1)
1136                                     ln(x) x
1137 @end group
1138 @end smallexample
1140 To leave Embedded mode, type @kbd{M-# e} again.  The mode line
1141 and keyboard will revert to the way they were before.  (If you have
1142 actually been trying this as you read along, you'll want to press
1143 @kbd{M-# 0} [with the digit zero] now to reset the modes you changed.)
1145 The related command @kbd{M-# w} operates on a single word, which
1146 generally means a single number, inside text.  It uses any
1147 non-numeric characters rather than blank lines to delimit the
1148 formula it reads.  Here's an example of its use:
1150 @smallexample
1151 A slope of one-third corresponds to an angle of 1 degrees.
1152 @end smallexample
1154 Place the cursor on the @samp{1}, then type @kbd{M-# w} to enable
1155 Embedded mode on that number.  Now type @kbd{3 /} (to get one-third),
1156 and @kbd{I T} (the Inverse Tangent converts a slope into an angle),
1157 then @w{@kbd{M-# w}} again to exit Embedded mode.
1159 @smallexample
1160 A slope of one-third corresponds to an angle of 18.4349488229 degrees.
1161 @end smallexample
1163 @c [fix-ref Embedded Mode]
1164 @xref{Embedded Mode}, for full details.
1166 @node Other M-# Commands, , Embedded Mode Overview, Using Calc
1167 @subsection Other @kbd{M-#} Commands
1169 @noindent
1170 Two more Calc-related commands are @kbd{M-# g} and @kbd{M-# r},
1171 which ``grab'' data from a selected region of a buffer into the
1172 Calculator.  The region is defined in the usual Emacs way, by
1173 a ``mark'' placed at one end of the region, and the Emacs
1174 cursor or ``point'' placed at the other.
1176 The @kbd{M-# g} command reads the region in the usual left-to-right,
1177 top-to-bottom order.  The result is packaged into a Calc vector
1178 of numbers and placed on the stack.  Calc (in its standard
1179 user interface) is then started.  Type @kbd{v u} if you want
1180 to unpack this vector into separate numbers on the stack.  Also,
1181 @kbd{C-u M-# g} interprets the region as a single number or
1182 formula.
1184 The @kbd{M-# r} command reads a rectangle, with the point and
1185 mark defining opposite corners of the rectangle.  The result
1186 is a matrix of numbers on the Calculator stack.
1188 Complementary to these is @kbd{M-# y}, which ``yanks'' the
1189 value at the top of the Calc stack back into an editing buffer.
1190 If you type @w{@kbd{M-# y}} while in such a buffer, the value is
1191 yanked at the current position.  If you type @kbd{M-# y} while
1192 in the Calc buffer, Calc makes an educated guess as to which
1193 editing buffer you want to use.  The Calc window does not have
1194 to be visible in order to use this command, as long as there
1195 is something on the Calc stack.
1197 Here, for reference, is the complete list of @kbd{M-#} commands.
1198 The shift, control, and meta keys are ignored for the keystroke
1199 following @kbd{M-#}.
1201 @noindent
1202 Commands for turning Calc on and off:
1204 @table @kbd
1205 @item #
1206 Turn Calc on or off, employing the same user interface as last time.
1208 @item C
1209 Turn Calc on or off using its standard bottom-of-the-screen
1210 interface.  If Calc is already turned on but the cursor is not
1211 in the Calc window, move the cursor into the window.
1213 @item O
1214 Same as @kbd{C}, but don't select the new Calc window.  If
1215 Calc is already turned on and the cursor is in the Calc window,
1216 move it out of that window.
1218 @item B
1219 Control whether @kbd{M-# c} and @kbd{M-# k} use the full screen.
1221 @item Q
1222 Use Quick mode for a single short calculation.
1224 @item K
1225 Turn Calc Keypad mode on or off.
1227 @item E
1228 Turn Calc Embedded mode on or off at the current formula.
1230 @item J
1231 Turn Calc Embedded mode on or off, select the interesting part.
1233 @item W
1234 Turn Calc Embedded mode on or off at the current word (number).
1236 @item Z
1237 Turn Calc on in a user-defined way, as defined by a @kbd{Z I} command.
1239 @item X
1240 Quit Calc; turn off standard, Keypad, or Embedded mode if on.
1241 (This is like @kbd{q} or @key{OFF} inside of Calc.)
1242 @end table
1243 @iftex
1244 @sp 2
1245 @end iftex
1247 @noindent
1248 Commands for moving data into and out of the Calculator:
1250 @table @kbd
1251 @item G
1252 Grab the region into the Calculator as a vector.
1254 @item R
1255 Grab the rectangular region into the Calculator as a matrix.
1257 @item :
1258 Grab the rectangular region and compute the sums of its columns.
1260 @item _
1261 Grab the rectangular region and compute the sums of its rows.
1263 @item Y
1264 Yank a value from the Calculator into the current editing buffer.
1265 @end table
1266 @iftex
1267 @sp 2
1268 @end iftex
1270 @noindent
1271 Commands for use with Embedded mode:
1273 @table @kbd
1274 @item A
1275 ``Activate'' the current buffer.  Locate all formulas that
1276 contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols and record their locations
1277 so that they can be updated automatically as variables are changed.
1279 @item D
1280 Duplicate the current formula immediately below and select
1281 the duplicate.
1283 @item F
1284 Insert a new formula at the current point.
1286 @item N
1287 Move the cursor to the next active formula in the buffer.
1289 @item P
1290 Move the cursor to the previous active formula in the buffer.
1292 @item U
1293 Update (i.e., as if by the @kbd{=} key) the formula at the current point.
1295 @item `
1296 Edit (as if by @code{calc-edit}) the formula at the current point.
1297 @end table
1298 @iftex
1299 @sp 2
1300 @end iftex
1302 @noindent
1303 Miscellaneous commands:
1305 @table @kbd
1306 @item I
1307 Run the Emacs Info system to read the Calc manual.
1308 (This is the same as @kbd{h i} inside of Calc.)
1310 @item T
1311 Run the Emacs Info system to read the Calc Tutorial.
1313 @item S
1314 Run the Emacs Info system to read the Calc Summary.
1316 @item L
1317 Load Calc entirely into memory.  (Normally the various parts
1318 are loaded only as they are needed.)
1320 @item M
1321 Read a region of written keystroke names (like @kbd{C-n a b c @key{RET}})
1322 and record them as the current keyboard macro.
1324 @item 0
1325 (This is the ``zero'' digit key.)  Reset the Calculator to
1326 its default state:  Empty stack, and default mode settings.
1327 With any prefix argument, reset everything but the stack.
1328 @end table
1330 @node History and Acknowledgements, , Using Calc, Getting Started
1331 @section History and Acknowledgements
1333 @noindent
1334 Calc was originally started as a two-week project to occupy a lull
1335 in the author's schedule.  Basically, a friend asked if I remembered
1336 the value of 
1337 @texline @math{2^{32}}.
1338 @infoline @expr{2^32}.  
1339 I didn't offhand, but I said, ``that's easy, just call up an
1340 @code{xcalc}.''  @code{Xcalc} duly reported that the answer to our
1341 question was @samp{4.294967e+09}---with no way to see the full ten
1342 digits even though we knew they were there in the program's memory!  I
1343 was so annoyed, I vowed to write a calculator of my own, once and for
1344 all.
1346 I chose Emacs Lisp, a) because I had always been curious about it
1347 and b) because, being only a text editor extension language after
1348 all, Emacs Lisp would surely reach its limits long before the project
1349 got too far out of hand.
1351 To make a long story short, Emacs Lisp turned out to be a distressingly
1352 solid implementation of Lisp, and the humble task of calculating
1353 turned out to be more open-ended than one might have expected.
1355 Emacs Lisp doesn't have built-in floating point math, so it had to be
1356 simulated in software.  In fact, Emacs integers will only comfortably
1357 fit six decimal digits or so---not enough for a decent calculator.  So
1358 I had to write my own high-precision integer code as well, and once I had
1359 this I figured that arbitrary-size integers were just as easy as large
1360 integers.  Arbitrary floating-point precision was the logical next step.
1361 Also, since the large integer arithmetic was there anyway it seemed only
1362 fair to give the user direct access to it, which in turn made it practical
1363 to support fractions as well as floats.  All these features inspired me
1364 to look around for other data types that might be worth having.
1366 Around this time, my friend Rick Koshi showed me his nifty new HP-28
1367 calculator.  It allowed the user to manipulate formulas as well as
1368 numerical quantities, and it could also operate on matrices.  I decided
1369 that these would be good for Calc to have, too.  And once things had
1370 gone this far, I figured I might as well take a look at serious algebra
1371 systems like Mathematica, Macsyma, and Maple for further ideas.  Since
1372 these systems did far more than I could ever hope to implement, I decided
1373 to focus on rewrite rules and other programming features so that users
1374 could implement what they needed for themselves.
1376 Rick complained that matrices were hard to read, so I put in code to
1377 format them in a 2D style.  Once these routines were in place, Big mode
1378 was obligatory.  Gee, what other language modes would be useful?
1380 Scott Hemphill and Allen Knutson, two friends with a strong mathematical
1381 bent, contributed ideas and algorithms for a number of Calc features
1382 including modulo forms, primality testing, and float-to-fraction conversion.
1384 Units were added at the eager insistence of Mass Sivilotti.  Later,
1385 Ulrich Mueller at CERN and Przemek Klosowski at NIST provided invaluable
1386 expert assistance with the units table.  As far as I can remember, the
1387 idea of using algebraic formulas and variables to represent units dates
1388 back to an ancient article in Byte magazine about muMath, an early
1389 algebra system for microcomputers.
1391 Many people have contributed to Calc by reporting bugs and suggesting
1392 features, large and small.  A few deserve special mention:  Tim Peters,
1393 who helped develop the ideas that led to the selection commands, rewrite
1394 rules, and many other algebra features; 
1395 @texline Fran\c cois
1396 @infoline Francois
1397 Pinard, who contributed an early prototype of the Calc Summary appendix
1398 as well as providing valuable suggestions in many other areas of Calc;
1399 Carl Witty, whose eagle eyes discovered many typographical and factual
1400 errors in the Calc manual; Tim Kay, who drove the development of
1401 Embedded mode; Ove Ewerlid, who made many suggestions relating to the
1402 algebra commands and contributed some code for polynomial operations;
1403 Randal Schwartz, who suggested the @code{calc-eval} function; Robert
1404 J. Chassell, who suggested the Calc Tutorial and exercises; and Juha
1405 Sarlin, who first worked out how to split Calc into quickly-loading
1406 parts.  Bob Weiner helped immensely with the Lucid Emacs port.
1408 @cindex Bibliography
1409 @cindex Knuth, Art of Computer Programming
1410 @cindex Numerical Recipes
1411 @c Should these be expanded into more complete references?
1412 Among the books used in the development of Calc were Knuth's @emph{Art
1413 of Computer Programming} (especially volume II, @emph{Seminumerical
1414 Algorithms}); @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky,
1415 and Vetterling; Bevington's @emph{Data Reduction and Error Analysis for
1416 the Physical Sciences}; @emph{Concrete Mathematics} by Graham, Knuth,
1417 and Patashnik; Steele's @emph{Common Lisp, the Language}; the @emph{CRC
1418 Standard Math Tables} (William H. Beyer, ed.); and Abramowitz and
1419 Stegun's venerable @emph{Handbook of Mathematical Functions}.  I
1420 consulted the user's manuals for the HP-28 and HP-48 calculators, as
1421 well as for the programs Mathematica, SMP, Macsyma, Maple, MathCAD,
1422 Gnuplot, and others.  Also, of course, Calc could not have been written
1423 without the excellent @emph{GNU Emacs Lisp Reference Manual}, by Bil
1424 Lewis and Dan LaLiberte.
1426 Final thanks go to Richard Stallman, without whose fine implementations
1427 of the Emacs editor, language, and environment, Calc would have been
1428 finished in two weeks.
1430 @c [tutorial]
1432 @ifinfo
1433 @c This node is accessed by the `M-# t' command.
1434 @node Interactive Tutorial, , , Top
1435 @chapter Tutorial
1437 @noindent
1438 Some brief instructions on using the Emacs Info system for this tutorial:
1440 Press the space bar and Delete keys to go forward and backward in a
1441 section by screenfuls (or use the regular Emacs scrolling commands
1442 for this).
1444 Press @kbd{n} or @kbd{p} to go to the Next or Previous section.
1445 If the section has a @dfn{menu}, press a digit key like @kbd{1}
1446 or @kbd{2} to go to a sub-section from the menu.  Press @kbd{u} to
1447 go back up from a sub-section to the menu it is part of.
1449 Exercises in the tutorial all have cross-references to the
1450 appropriate page of the ``answers'' section.  Press @kbd{f}, then
1451 the exercise number, to see the answer to an exercise.  After
1452 you have followed a cross-reference, you can press the letter
1453 @kbd{l} to return to where you were before.
1455 You can press @kbd{?} at any time for a brief summary of Info commands.
1457 Press @kbd{1} now to enter the first section of the Tutorial.
1459 @menu
1460 * Tutorial::
1461 @end menu
1462 @end ifinfo
1464 @node Tutorial, Introduction, Getting Started, Top
1465 @chapter Tutorial
1467 @noindent
1468 This chapter explains how to use Calc and its many features, in
1469 a step-by-step, tutorial way.  You are encouraged to run Calc and
1470 work along with the examples as you read (@pxref{Starting Calc}).
1471 If you are already familiar with advanced calculators, you may wish
1472 @c [not-split]
1473 to skip on to the rest of this manual.
1474 @c [when-split]
1475 @c to skip on to volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}.
1477 @c [fix-ref Embedded Mode]
1478 This tutorial describes the standard user interface of Calc only.
1479 The Quick mode and Keypad mode interfaces are fairly
1480 self-explanatory.  @xref{Embedded Mode}, for a description of
1481 the Embedded mode interface.
1483 @ifinfo
1484 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1485 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1486 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1487 @kbd{M-# c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1488 press @kbd{M-# i} to start the Info system or to switch into its window.
1489 Or, you may prefer to use the tutorial in printed form.
1490 @end ifinfo
1491 @iftex
1492 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1493 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1494 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1495 @kbd{M-# c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1496 press @kbd{M-# i} to start the Info system or to switch into its window.
1497 @end iftex
1499 This tutorial is designed to be done in sequence.  But the rest of this
1500 manual does not assume you have gone through the tutorial.  The tutorial
1501 does not cover everything in the Calculator, but it touches on most
1502 general areas.
1504 @ifinfo
1505 You may wish to print out a copy of the Calc Summary and keep notes on
1506 it as you learn Calc.  @xref{Installation}, to see how to make a printed
1507 summary.  @xref{Summary}.
1508 @end ifinfo
1509 @iftex
1510 The Calc Summary at the end of the reference manual includes some blank
1511 space for your own use.  You may wish to keep notes there as you learn
1512 Calc.
1513 @end iftex
1515 @menu
1516 * Basic Tutorial::
1517 * Arithmetic Tutorial::
1518 * Vector/Matrix Tutorial::
1519 * Types Tutorial::
1520 * Algebra Tutorial::
1521 * Programming Tutorial::
1523 * Answers to Exercises::
1524 @end menu
1526 @node Basic Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial, Tutorial
1527 @section Basic Tutorial
1529 @noindent
1530 In this section, we learn how RPN and algebraic-style calculations
1531 work, how to undo and redo an operation done by mistake, and how
1532 to control various modes of the Calculator.
1534 @menu
1535 * RPN Tutorial::            Basic operations with the stack.
1536 * Algebraic Tutorial::      Algebraic entry; variables.
1537 * Undo Tutorial::           If you make a mistake: Undo and the trail.
1538 * Modes Tutorial::          Common mode-setting commands.
1539 @end menu
1541 @node RPN Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial, Basic Tutorial
1542 @subsection RPN Calculations and the Stack
1544 @cindex RPN notation
1545 @ifinfo
1546 @noindent
1547 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1548 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1549 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1550 Jan Lukasiewicz.)
1551 @end ifinfo
1552 @tex
1553 \noindent
1554 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1555 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1556 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1557 Jan \L ukasiewicz.)
1558 @end tex
1560 The central component of an RPN calculator is the @dfn{stack}.  A
1561 calculator stack is like a stack of dishes.  New dishes (numbers) are
1562 added at the top of the stack, and numbers are normally only removed
1563 from the top of the stack.
1565 @cindex Operators
1566 @cindex Operands
1567 In an operation like @expr{2+3}, the 2 and 3 are called the @dfn{operands}
1568 and the @expr{+} is the @dfn{operator}.  In an RPN calculator you always
1569 enter the operands first, then the operator.  Each time you type a
1570 number, Calc adds or @dfn{pushes} it onto the top of the Stack.
1571 When you press an operator key like @kbd{+}, Calc @dfn{pops} the appropriate
1572 number of operands from the stack and pushes back the result.
1574 Thus we could add the numbers 2 and 3 in an RPN calculator by typing:
1575 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} +}.  (The @key{RET} key, Return, corresponds to
1576 the @key{ENTER} key on traditional RPN calculators.)  Try this now if
1577 you wish; type @kbd{M-# c} to switch into the Calc window (you can type
1578 @kbd{M-# c} again or @kbd{M-# o} to switch back to the Tutorial window).
1579 The first four keystrokes ``push'' the numbers 2 and 3 onto the stack.
1580 The @kbd{+} key ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
1581 and pushes the result (5) back onto the stack.  Here's how the stack
1582 will look at various points throughout the calculation:
1584 @smallexample
1585 @group
1586     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1587                    .          1:  3              .
1588                                   .
1590   M-# c          2 @key{RET}          3 @key{RET}            +             @key{DEL}
1591 @end group
1592 @end smallexample
1594 The @samp{.} symbol is a marker that represents the top of the stack.
1595 Note that the ``top'' of the stack is really shown at the bottom of
1596 the Stack window.  This may seem backwards, but it turns out to be
1597 less distracting in regular use.
1599 @cindex Stack levels
1600 @cindex Levels of stack
1601 The numbers @samp{1:} and @samp{2:} on the left are @dfn{stack level
1602 numbers}.  Old RPN calculators always had four stack levels called
1603 @expr{x}, @expr{y}, @expr{z}, and @expr{t}.  Calc's stack can grow
1604 as large as you like, so it uses numbers instead of letters.  Some
1605 stack-manipulation commands accept a numeric argument that says
1606 which stack level to work on.  Normal commands like @kbd{+} always
1607 work on the top few levels of the stack.
1609 @c [fix-ref Truncating the Stack]
1610 The Stack buffer is just an Emacs buffer, and you can move around in
1611 it using the regular Emacs motion commands.  But no matter where the
1612 cursor is, even if you have scrolled the @samp{.} marker out of
1613 view, most Calc commands always move the cursor back down to level 1
1614 before doing anything.  It is possible to move the @samp{.} marker
1615 upwards through the stack, temporarily ``hiding'' some numbers from
1616 commands like @kbd{+}.  This is called @dfn{stack truncation} and
1617 we will not cover it in this tutorial; @pxref{Truncating the Stack},
1618 if you are interested.
1620 You don't really need the second @key{RET} in @kbd{2 @key{RET} 3
1621 @key{RET} +}.  That's because if you type any operator name or
1622 other non-numeric key when you are entering a number, the Calculator
1623 automatically enters that number and then does the requested command.
1624 Thus @kbd{2 @key{RET} 3 +} will work just as well.
1626 Examples in this tutorial will often omit @key{RET} even when the
1627 stack displays shown would only happen if you did press @key{RET}:
1629 @smallexample
1630 @group
1631 1:  2          2:  2          1:  5
1632     .          1:  3              .
1633                    .
1635   2 @key{RET}            3              +
1636 @end group
1637 @end smallexample
1639 @noindent
1640 Here, after pressing @kbd{3} the stack would really show @samp{1:  2}
1641 with @samp{Calc:@: 3} in the minibuffer.  In these situations, you can
1642 press the optional @key{RET} to see the stack as the figure shows.
1644 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  (This tutorial will include exercises
1645 at various points.  Try them if you wish.  Answers to all the exercises
1646 are located at the end of the Tutorial chapter.  Each exercise will
1647 include a cross-reference to its particular answer.  If you are
1648 reading with the Emacs Info system, press @kbd{f} and the
1649 exercise number to go to the answer, then the letter @kbd{l} to
1650 return to where you were.)
1652 @noindent
1653 Here's the first exercise:  What will the keystrokes @kbd{1 @key{RET} 2
1654 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -} compute?  (@samp{*} is the symbol for
1655 multiplication.)  Figure it out by hand, then try it with Calc to see
1656 if you're right.  @xref{RPN Answer 1, 1}. (@bullet{})
1658 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Compute 
1659 @texline @math{(2\times4) + (7\times9.4) + {5\over4}}
1660 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4} 
1661 using the stack.  @xref{RPN Answer 2, 2}. (@bullet{})
1663 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards.  It is
1664 whatever key you would use to correct a simple typing error when
1665 regularly using Emacs.  The @key{DEL} key pops and throws away the
1666 top value on the stack.  (You can still get that value back from
1667 the Trail if you should need it later on.)  There are many places
1668 in this tutorial where we assume you have used @key{DEL} to erase the
1669 results of the previous example at the beginning of a new example.
1670 In the few places where it is really important to use @key{DEL} to
1671 clear away old results, the text will remind you to do so.
1673 (It won't hurt to let things accumulate on the stack, except that
1674 whenever you give a display-mode-changing command Calc will have to
1675 spend a long time reformatting such a large stack.)
1677 Since the @kbd{-} key is also an operator (it subtracts the top two
1678 stack elements), how does one enter a negative number?  Calc uses
1679 the @kbd{_} (underscore) key to act like the minus sign in a number.
1680 So, typing @kbd{-5 @key{RET}} won't work because the @kbd{-} key
1681 will try to do a subtraction, but @kbd{_5 @key{RET}} works just fine.
1683 You can also press @kbd{n}, which means ``change sign.''  It changes
1684 the number at the top of the stack (or the number being entered)
1685 from positive to negative or vice-versa:  @kbd{5 n @key{RET}}.
1687 @cindex Duplicating a stack entry
1688 If you press @key{RET} when you're not entering a number, the effect
1689 is to duplicate the top number on the stack.  Consider this calculation:
1691 @smallexample
1692 @group
1693 1:  3          2:  3          1:  9          2:  9          1:  81
1694     .          1:  3              .          1:  9              .
1695                    .                             .
1697   3 @key{RET}           @key{RET}             *             @key{RET}             *
1698 @end group
1699 @end smallexample
1701 @noindent
1702 (Of course, an easier way to do this would be @kbd{3 @key{RET} 4 ^},
1703 to raise 3 to the fourth power.)
1705 The space-bar key (denoted @key{SPC} here) performs the same function
1706 as @key{RET}; you could replace all three occurrences of @key{RET} in
1707 the above example with @key{SPC} and the effect would be the same.
1709 @cindex Exchanging stack entries
1710 Another stack manipulation key is @key{TAB}.  This exchanges the top
1711 two stack entries.  Suppose you have computed @kbd{2 @key{RET} 3 +}
1712 to get 5, and then you realize what you really wanted to compute
1713 was @expr{20 / (2+3)}.
1715 @smallexample
1716 @group
1717 1:  5          2:  5          2:  20         1:  4
1718     .          1:  20         1:  5              .
1719                    .              .
1721  2 @key{RET} 3 +         20            @key{TAB}             /
1722 @end group
1723 @end smallexample
1725 @noindent
1726 Planning ahead, the calculation would have gone like this:
1728 @smallexample
1729 @group
1730 1:  20         2:  20         3:  20         2:  20         1:  4
1731     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1732                    .          1:  3              .
1733                                   .
1735   20 @key{RET}         2 @key{RET}            3              +              /
1736 @end group
1737 @end smallexample
1739 A related stack command is @kbd{M-@key{TAB}} (hold @key{META} and type
1740 @key{TAB}).  It rotates the top three elements of the stack upward,
1741 bringing the object in level 3 to the top.
1743 @smallexample
1744 @group
1745 1:  10         2:  10         3:  10         3:  20         3:  30
1746     .          1:  20         2:  20         2:  30         2:  10
1747                    .          1:  30         1:  10         1:  20
1748                                   .              .              .
1750   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
1751 @end group
1752 @end smallexample
1754 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.} Suppose the numbers 10, 20, and 30 are
1755 on the stack.  Figure out how to add one to the number in level 2
1756 without affecting the rest of the stack.  Also figure out how to add
1757 one to the number in level 3.  @xref{RPN Answer 3, 3}. (@bullet{})
1759 Operations like @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/}, and @kbd{^} pop two
1760 arguments from the stack and push a result.  Operations like @kbd{n} and
1761 @kbd{Q} (square root) pop a single number and push the result.  You can
1762 think of them as simply operating on the top element of the stack.
1764 @smallexample
1765 @group
1766 1:  3          1:  9          2:  9          1:  25         1:  5
1767     .              .          1:  16             .              .
1768                                   .
1770   3 @key{RET}          @key{RET} *        4 @key{RET} @key{RET} *        +              Q
1771 @end group
1772 @end smallexample
1774 @noindent
1775 (Note that capital @kbd{Q} means to hold down the Shift key while
1776 typing @kbd{q}.  Remember, plain unshifted @kbd{q} is the Quit command.)
1778 @cindex Pythagorean Theorem
1779 Here we've used the Pythagorean Theorem to determine the hypotenuse of a
1780 right triangle.  Calc actually has a built-in command for that called
1781 @kbd{f h}, but let's suppose we can't remember the necessary keystrokes.
1782 We can still enter it by its full name using @kbd{M-x} notation:
1784 @smallexample
1785 @group
1786 1:  3          2:  3          1:  5
1787     .          1:  4              .
1788                    .
1790   3 @key{RET}          4 @key{RET}      M-x calc-hypot
1791 @end group
1792 @end smallexample
1794 All Calculator commands begin with the word @samp{calc-}.  Since it
1795 gets tiring to type this, Calc provides an @kbd{x} key which is just
1796 like the regular Emacs @kbd{M-x} key except that it types the @samp{calc-}
1797 prefix for you:
1799 @smallexample
1800 @group
1801 1:  3          2:  3          1:  5
1802     .          1:  4              .
1803                    .
1805   3 @key{RET}          4 @key{RET}         x hypot
1806 @end group
1807 @end smallexample
1809 What happens if you take the square root of a negative number?
1811 @smallexample
1812 @group
1813 1:  4          1:  -4         1:  (0, 2)
1814     .              .              .
1816   4 @key{RET}            n              Q
1817 @end group
1818 @end smallexample
1820 @noindent
1821 The notation @expr{(a, b)} represents a complex number.
1822 Complex numbers are more traditionally written @expr{a + b i};
1823 Calc can display in this format, too, but for now we'll stick to the
1824 @expr{(a, b)} notation.
1826 If you don't know how complex numbers work, you can safely ignore this
1827 feature.  Complex numbers only arise from operations that would be
1828 errors in a calculator that didn't have complex numbers.  (For example,
1829 taking the square root or logarithm of a negative number produces a
1830 complex result.)
1832 Complex numbers are entered in the notation shown.  The @kbd{(} and
1833 @kbd{,} and @kbd{)} keys manipulate ``incomplete complex numbers.''
1835 @smallexample
1836 @group
1837 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    1:  (2, ...    1:  (2, 3)
1838     .          1:  2              .              3              .
1839                    .                             .
1841     (              2              ,              3              )
1842 @end group
1843 @end smallexample
1845 You can perform calculations while entering parts of incomplete objects.
1846 However, an incomplete object cannot actually participate in a calculation:
1848 @smallexample
1849 @group
1850 1:  ( ...      2:  ( ...      3:  ( ...      1:  ( ...      1:  ( ...
1851     .          1:  2          2:  2              5              5
1852                    .          1:  3              .              .
1853                                   .
1854                                                              (error)
1855     (             2 @key{RET}           3              +              +
1856 @end group
1857 @end smallexample
1859 @noindent
1860 Adding 5 to an incomplete object makes no sense, so the last command
1861 produces an error message and leaves the stack the same.
1863 Incomplete objects can't participate in arithmetic, but they can be
1864 moved around by the regular stack commands.
1866 @smallexample
1867 @group
1868 2:  2          3:  2          3:  3          1:  ( ...      1:  (2, 3)
1869 1:  3          2:  3          2:  ( ...          2              .
1870     .          1:  ( ...      1:  2              3
1871                    .              .              .
1873 2 @key{RET} 3 @key{RET}        (            M-@key{TAB}          M-@key{TAB}            )
1874 @end group
1875 @end smallexample
1877 @noindent
1878 Note that the @kbd{,} (comma) key did not have to be used here.
1879 When you press @kbd{)} all the stack entries between the incomplete
1880 entry and the top are collected, so there's never really a reason
1881 to use the comma.  It's up to you.
1883 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  To enter the complex number @expr{(2, 3)},
1884 your friend Joe typed @kbd{( 2 , @key{SPC} 3 )}.  What happened?
1885 (Joe thought of a clever way to correct his mistake in only two
1886 keystrokes, but it didn't quite work.  Try it to find out why.)
1887 @xref{RPN Answer 4, 4}. (@bullet{})
1889 Vectors are entered the same way as complex numbers, but with square
1890 brackets in place of parentheses.  We'll meet vectors again later in
1891 the tutorial.
1893 Any Emacs command can be given a @dfn{numeric prefix argument} by
1894 typing a series of @key{META}-digits beforehand.  If @key{META} is
1895 awkward for you, you can instead type @kbd{C-u} followed by the
1896 necessary digits.  Numeric prefix arguments can be negative, as in
1897 @kbd{M-- M-3 M-5} or @w{@kbd{C-u - 3 5}}.  Calc commands use numeric
1898 prefix arguments in a variety of ways.  For example, a numeric prefix
1899 on the @kbd{+} operator adds any number of stack entries at once:
1901 @smallexample
1902 @group
1903 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         1:  60
1904     .          1:  20         2:  20         2:  20             .
1905                    .          1:  30         1:  30
1906                                   .              .
1908   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u 3            +
1909 @end group
1910 @end smallexample
1912 For stack manipulation commands like @key{RET}, a positive numeric
1913 prefix argument operates on the top @var{n} stack entries at once.  A
1914 negative argument operates on the entry in level @var{n} only.  An
1915 argument of zero operates on the entire stack.  In this example, we copy
1916 the second-to-top element of the stack:
1918 @smallexample
1919 @group
1920 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         4:  10
1921     .          1:  20         2:  20         2:  20         3:  20
1922                    .          1:  30         1:  30         2:  30
1923                                   .              .          1:  20
1924                                                                 .
1926   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u -2          @key{RET}
1927 @end group
1928 @end smallexample
1930 @cindex Clearing the stack
1931 @cindex Emptying the stack
1932 Another common idiom is @kbd{M-0 @key{DEL}}, which clears the stack.
1933 (The @kbd{M-0} numeric prefix tells @key{DEL} to operate on the
1934 entire stack.)
1936 @node Algebraic Tutorial, Undo Tutorial, RPN Tutorial, Basic Tutorial
1937 @subsection Algebraic-Style Calculations
1939 @noindent
1940 If you are not used to RPN notation, you may prefer to operate the
1941 Calculator in Algebraic mode, which is closer to the way
1942 non-RPN calculators work.  In Algebraic mode, you enter formulas
1943 in traditional @expr{2+3} notation.
1945 You don't really need any special ``mode'' to enter algebraic formulas.
1946 You can enter a formula at any time by pressing the apostrophe (@kbd{'})
1947 key.  Answer the prompt with the desired formula, then press @key{RET}.
1948 The formula is evaluated and the result is pushed onto the RPN stack.
1949 If you don't want to think in RPN at all, you can enter your whole
1950 computation as a formula, read the result from the stack, then press
1951 @key{DEL} to delete it from the stack.
1953 Try pressing the apostrophe key, then @kbd{2+3+4}, then @key{RET}.
1954 The result should be the number 9.
1956 Algebraic formulas use the operators @samp{+}, @samp{-}, @samp{*},
1957 @samp{/}, and @samp{^}.  You can use parentheses to make the order
1958 of evaluation clear.  In the absence of parentheses, @samp{^} is
1959 evaluated first, then @samp{*}, then @samp{/}, then finally
1960 @samp{+} and @samp{-}.  For example, the expression
1962 @example
1963 2 + 3*4*5 / 6*7^8 - 9
1964 @end example
1966 @noindent
1967 is equivalent to
1969 @example
1970 2 + ((3*4*5) / (6*(7^8)) - 9
1971 @end example
1973 @noindent
1974 or, in large mathematical notation,
1976 @ifinfo
1977 @example
1978 @group
1979     3 * 4 * 5
1980 2 + --------- - 9
1981           8
1982      6 * 7
1983 @end group
1984 @end example
1985 @end ifinfo
1986 @tex
1987 \turnoffactive
1988 \beforedisplay
1989 $$ 2 + { 3 \times 4 \times 5 \over 6 \times 7^8 } - 9 $$
1990 \afterdisplay
1991 @end tex
1993 @noindent
1994 The result of this expression will be the number @mathit{-6.99999826533}.
1996 Calc's order of evaluation is the same as for most computer languages,
1997 except that @samp{*} binds more strongly than @samp{/}, as the above
1998 example shows.  As in normal mathematical notation, the @samp{*} symbol
1999 can often be omitted:  @samp{2 a} is the same as @samp{2*a}.
2001 Operators at the same level are evaluated from left to right, except
2002 that @samp{^} is evaluated from right to left.  Thus, @samp{2-3-4} is
2003 equivalent to @samp{(2-3)-4} or @mathit{-5}, whereas @samp{2^3^4} is equivalent
2004 to @samp{2^(3^4)} (a very large integer; try it!).
2006 If you tire of typing the apostrophe all the time, there is
2007 Algebraic mode, where Calc automatically senses
2008 when you are about to type an algebraic expression.  To enter this
2009 mode, press the two letters @w{@kbd{m a}}.  (An @samp{Alg} indicator
2010 should appear in the Calc window's mode line.)
2012 Press @kbd{m a}, then @kbd{2+3+4} with no apostrophe, then @key{RET}.
2014 In Algebraic mode, when you press any key that would normally begin
2015 entering a number (such as a digit, a decimal point, or the @kbd{_}
2016 key), or if you press @kbd{(} or @kbd{[}, Calc automatically begins
2017 an algebraic entry.
2019 Functions which do not have operator symbols like @samp{+} and @samp{*}
2020 must be entered in formulas using function-call notation.  For example,
2021 the function name corresponding to the square-root key @kbd{Q} is
2022 @code{sqrt}.  To compute a square root in a formula, you would use
2023 the notation @samp{sqrt(@var{x})}.
2025 Press the apostrophe, then type @kbd{sqrt(5*2) - 3}.  The result should
2026 be @expr{0.16227766017}.
2028 Note that if the formula begins with a function name, you need to use
2029 the apostrophe even if you are in Algebraic mode.  If you type @kbd{arcsin}
2030 out of the blue, the @kbd{a r} will be taken as an Algebraic Rewrite
2031 command, and the @kbd{csin} will be taken as the name of the rewrite
2032 rule to use!
2034 Some people prefer to enter complex numbers and vectors in algebraic
2035 form because they find RPN entry with incomplete objects to be too
2036 distracting, even though they otherwise use Calc as an RPN calculator.
2038 Still in Algebraic mode, type:
2040 @smallexample
2041 @group
2042 1:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (8, -1)    2:  (8, -1)    1:  (9, -1)
2043     .          1:  (1, -2)        .          1:  1              .
2044                    .                             .
2046  (2,3) @key{RET}      (1,-2) @key{RET}        *              1 @key{RET}          +
2047 @end group
2048 @end smallexample
2050 Algebraic mode allows us to enter complex numbers without pressing
2051 an apostrophe first, but it also means we need to press @key{RET}
2052 after every entry, even for a simple number like @expr{1}.
2054 (You can type @kbd{C-u m a} to enable a special Incomplete Algebraic
2055 mode in which the @kbd{(} and @kbd{[} keys use algebraic entry even
2056 though regular numeric keys still use RPN numeric entry.  There is also
2057 Total Algebraic mode, started by typing @kbd{m t}, in which all
2058 normal keys begin algebraic entry.  You must then use the @key{META} key
2059 to type Calc commands:  @kbd{M-m t} to get back out of Total Algebraic
2060 mode, @kbd{M-q} to quit, etc.)
2062 If you're still in Algebraic mode, press @kbd{m a} again to turn it off.
2064 Actual non-RPN calculators use a mixture of algebraic and RPN styles.
2065 In general, operators of two numbers (like @kbd{+} and @kbd{*})
2066 use algebraic form, but operators of one number (like @kbd{n} and @kbd{Q})
2067 use RPN form.  Also, a non-RPN calculator allows you to see the
2068 intermediate results of a calculation as you go along.  You can
2069 accomplish this in Calc by performing your calculation as a series
2070 of algebraic entries, using the @kbd{$} sign to tie them together.
2071 In an algebraic formula, @kbd{$} represents the number on the top
2072 of the stack.  Here, we perform the calculation 
2073 @texline @math{\sqrt{2\times4+1}},
2074 @infoline @expr{sqrt(2*4+1)},
2075 which on a traditional calculator would be done by pressing
2076 @kbd{2 * 4 + 1 =} and then the square-root key.
2078 @smallexample
2079 @group
2080 1:  8          1:  9          1:  3
2081     .              .              .
2083   ' 2*4 @key{RET}        $+1 @key{RET}        Q
2084 @end group
2085 @end smallexample
2087 @noindent
2088 Notice that we didn't need to press an apostrophe for the @kbd{$+1},
2089 because the dollar sign always begins an algebraic entry.
2091 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  How could you get the same effect as
2092 pressing @kbd{Q} but using an algebraic entry instead?  How about
2093 if the @kbd{Q} key on your keyboard were broken?
2094 @xref{Algebraic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2096 The notations @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on stand for higher stack
2097 entries.  For example, @kbd{' $$+$ @key{RET}} is just like typing @kbd{+}.
2099 Algebraic formulas can include @dfn{variables}.  To store in a
2100 variable, press @kbd{s s}, then type the variable name, then press
2101 @key{RET}.  (There are actually two flavors of store command:
2102 @kbd{s s} stores a number in a variable but also leaves the number
2103 on the stack, while @w{@kbd{s t}} removes a number from the stack and
2104 stores it in the variable.)  A variable name should consist of one
2105 or more letters or digits, beginning with a letter.
2107 @smallexample
2108 @group
2109 1:  17             .          1:  a + a^2    1:  306
2110     .                             .              .
2112     17          s t a @key{RET}      ' a+a^2 @key{RET}       =
2113 @end group
2114 @end smallexample
2116 @noindent
2117 The @kbd{=} key @dfn{evaluates} a formula by replacing all its
2118 variables by the values that were stored in them.
2120 For RPN calculations, you can recall a variable's value on the
2121 stack either by entering its name as a formula and pressing @kbd{=},
2122 or by using the @kbd{s r} command.
2124 @smallexample
2125 @group
2126 1:  17         2:  17         3:  17         2:  17         1:  306
2127     .          1:  17         2:  17         1:  289            .
2128                    .          1:  2              .
2129                                   .
2131   s r a @key{RET}     ' a @key{RET} =         2              ^              +
2132 @end group
2133 @end smallexample
2135 If you press a single digit for a variable name (as in @kbd{s t 3}, you
2136 get one of ten @dfn{quick variables} @code{q0} through @code{q9}.
2137 They are ``quick'' simply because you don't have to type the letter
2138 @code{q} or the @key{RET} after their names.  In fact, you can type
2139 simply @kbd{s 3} as a shorthand for @kbd{s s 3}, and likewise for
2140 @kbd{t 3} and @w{@kbd{r 3}}.
2142 Any variables in an algebraic formula for which you have not stored
2143 values are left alone, even when you evaluate the formula.
2145 @smallexample
2146 @group
2147 1:  2 a + 2 b     1:  34 + 2 b
2148     .                 .
2150  ' 2a+2b @key{RET}          =
2151 @end group
2152 @end smallexample
2154 Calls to function names which are undefined in Calc are also left
2155 alone, as are calls for which the value is undefined.
2157 @smallexample
2158 @group
2159 1:  2 + log10(0) + log10(x) + log10(5, 6) + foo(3)
2160     .
2162  ' log10(100) + log10(0) + log10(x) + log10(5,6) + foo(3) @key{RET}
2163 @end group
2164 @end smallexample
2166 @noindent
2167 In this example, the first call to @code{log10} works, but the other
2168 calls are not evaluated.  In the second call, the logarithm is
2169 undefined for that value of the argument; in the third, the argument
2170 is symbolic, and in the fourth, there are too many arguments.  In the
2171 fifth case, there is no function called @code{foo}.  You will see a
2172 ``Wrong number of arguments'' message referring to @samp{log10(5,6)}.
2173 Press the @kbd{w} (``why'') key to see any other messages that may
2174 have arisen from the last calculation.  In this case you will get
2175 ``logarithm of zero,'' then ``number expected: @code{x}''.  Calc
2176 automatically displays the first message only if the message is
2177 sufficiently important; for example, Calc considers ``wrong number
2178 of arguments'' and ``logarithm of zero'' to be important enough to
2179 report automatically, while a message like ``number expected: @code{x}''
2180 will only show up if you explicitly press the @kbd{w} key.
2182 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Joe entered the formula @samp{2 x y},
2183 stored 5 in @code{x}, pressed @kbd{=}, and got the expected result,
2184 @samp{10 y}.  He then tried the same for the formula @samp{2 x (1+y)},
2185 expecting @samp{10 (1+y)}, but it didn't work.  Why not?
2186 @xref{Algebraic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2188 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  What result would you expect
2189 @kbd{1 @key{RET} 0 /} to give?  What if you then type @kbd{0 *}?
2190 @xref{Algebraic Answer 3, 3}. (@bullet{})
2192 One interesting way to work with variables is to use the
2193 @dfn{evaluates-to} (@samp{=>}) operator.  It works like this:
2194 Enter a formula algebraically in the usual way, but follow
2195 the formula with an @samp{=>} symbol.  (There is also an @kbd{s =}
2196 command which builds an @samp{=>} formula using the stack.)  On
2197 the stack, you will see two copies of the formula with an @samp{=>}
2198 between them.  The lefthand formula is exactly like you typed it;
2199 the righthand formula has been evaluated as if by typing @kbd{=}.
2201 @smallexample
2202 @group
2203 2:  2 + 3 => 5                     2:  2 + 3 => 5
2204 1:  2 a + 2 b => 34 + 2 b          1:  2 a + 2 b => 20 + 2 b
2205     .                                  .
2207 ' 2+3 => @key{RET}  ' 2a+2b @key{RET} s =          10 s t a @key{RET}
2208 @end group
2209 @end smallexample
2211 @noindent
2212 Notice that the instant we stored a new value in @code{a}, all
2213 @samp{=>} operators already on the stack that referred to @expr{a}
2214 were updated to use the new value.  With @samp{=>}, you can push a
2215 set of formulas on the stack, then change the variables experimentally
2216 to see the effects on the formulas' values.
2218 You can also ``unstore'' a variable when you are through with it:
2220 @smallexample
2221 @group
2222 2:  2 + 5 => 5
2223 1:  2 a + 2 b => 2 a + 2 b
2224     .
2226     s u a @key{RET}
2227 @end group
2228 @end smallexample
2230 We will encounter formulas involving variables and functions again
2231 when we discuss the algebra and calculus features of the Calculator.
2233 @node Undo Tutorial, Modes Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial
2234 @subsection Undo and Redo
2236 @noindent
2237 If you make a mistake, you can usually correct it by pressing shift-@kbd{U},
2238 the ``undo'' command.  First, clear the stack (@kbd{M-0 @key{DEL}}) and exit
2239 and restart Calc (@kbd{M-# M-# M-# M-#}) to make sure things start off
2240 with a clean slate.  Now:
2242 @smallexample
2243 @group
2244 1:  2          2:  2          1:  8          2:  2          1:  6
2245     .          1:  3              .          1:  3              .
2246                    .                             .
2248    2 @key{RET}           3              ^              U              *
2249 @end group
2250 @end smallexample
2252 You can undo any number of times.  Calc keeps a complete record of
2253 all you have done since you last opened the Calc window.  After the
2254 above example, you could type:
2256 @smallexample
2257 @group
2258 1:  6          2:  2          1:  2              .              .
2259     .          1:  3              .
2260                    .
2261                                                              (error)
2262                    U              U              U              U
2263 @end group
2264 @end smallexample
2266 You can also type @kbd{D} to ``redo'' a command that you have undone
2267 mistakenly.
2269 @smallexample
2270 @group
2271     .          1:  2          2:  2          1:  6          1:  6
2272                    .          1:  3              .              .
2273                                   .
2274                                                              (error)
2275                    D              D              D              D
2276 @end group
2277 @end smallexample
2279 @noindent
2280 It was not possible to redo past the @expr{6}, since that was placed there
2281 by something other than an undo command.
2283 @cindex Time travel
2284 You can think of undo and redo as a sort of ``time machine.''  Press
2285 @kbd{U} to go backward in time, @kbd{D} to go forward.  If you go
2286 backward and do something (like @kbd{*}) then, as any science fiction
2287 reader knows, you have changed your future and you cannot go forward
2288 again.  Thus, the inability to redo past the @expr{6} even though there
2289 was an earlier undo command.
2291 You can always recall an earlier result using the Trail.  We've ignored
2292 the trail so far, but it has been faithfully recording everything we
2293 did since we loaded the Calculator.  If the Trail is not displayed,
2294 press @kbd{t d} now to turn it on.
2296 Let's try grabbing an earlier result.  The @expr{8} we computed was
2297 undone by a @kbd{U} command, and was lost even to Redo when we pressed
2298 @kbd{*}, but it's still there in the trail.  There should be a little
2299 @samp{>} arrow (the @dfn{trail pointer}) resting on the last trail
2300 entry.  If there isn't, press @kbd{t ]} to reset the trail pointer.
2301 Now, press @w{@kbd{t p}} to move the arrow onto the line containing
2302 @expr{8}, and press @w{@kbd{t y}} to ``yank'' that number back onto the
2303 stack.
2305 If you press @kbd{t ]} again, you will see that even our Yank command
2306 went into the trail.
2308 Let's go further back in time.  Earlier in the tutorial we computed
2309 a huge integer using the formula @samp{2^3^4}.  We don't remember
2310 what it was, but the first digits were ``241''.  Press @kbd{t r}
2311 (which stands for trail-search-reverse), then type @kbd{241}.
2312 The trail cursor will jump back to the next previous occurrence of
2313 the string ``241'' in the trail.  This is just a regular Emacs
2314 incremental search; you can now press @kbd{C-s} or @kbd{C-r} to
2315 continue the search forwards or backwards as you like.
2317 To finish the search, press @key{RET}.  This halts the incremental
2318 search and leaves the trail pointer at the thing we found.  Now we
2319 can type @kbd{t y} to yank that number onto the stack.  If we hadn't
2320 remembered the ``241'', we could simply have searched for @kbd{2^3^4},
2321 then pressed @kbd{@key{RET} t n} to halt and then move to the next item.
2323 You may have noticed that all the trail-related commands begin with
2324 the letter @kbd{t}.  (The store-and-recall commands, on the other hand,
2325 all began with @kbd{s}.)  Calc has so many commands that there aren't
2326 enough keys for all of them, so various commands are grouped into
2327 two-letter sequences where the first letter is called the @dfn{prefix}
2328 key.  If you type a prefix key by accident, you can press @kbd{C-g}
2329 to cancel it.  (In fact, you can press @kbd{C-g} to cancel almost
2330 anything in Emacs.)  To get help on a prefix key, press that key
2331 followed by @kbd{?}.  Some prefixes have several lines of help,
2332 so you need to press @kbd{?} repeatedly to see them all.  
2333 You can also type @kbd{h h} to see all the help at once.
2335 Try pressing @kbd{t ?} now.  You will see a line of the form,
2337 @smallexample
2338 trail/time: Display; Fwd, Back; Next, Prev, Here, [, ]; Yank:  [MORE]  t-
2339 @end smallexample
2341 @noindent
2342 The word ``trail'' indicates that the @kbd{t} prefix key contains
2343 trail-related commands.  Each entry on the line shows one command,
2344 with a single capital letter showing which letter you press to get
2345 that command.  We have used @kbd{t n}, @kbd{t p}, @kbd{t ]}, and
2346 @kbd{t y} so far.  The @samp{[MORE]} means you can press @kbd{?}
2347 again to see more @kbd{t}-prefix commands.  Notice that the commands
2348 are roughly divided (by semicolons) into related groups.
2350 When you are in the help display for a prefix key, the prefix is
2351 still active.  If you press another key, like @kbd{y} for example,
2352 it will be interpreted as a @kbd{t y} command.  If all you wanted
2353 was to look at the help messages, press @kbd{C-g} afterwards to cancel
2354 the prefix.
2356 One more way to correct an error is by editing the stack entries.
2357 The actual Stack buffer is marked read-only and must not be edited
2358 directly, but you can press @kbd{`} (the backquote or accent grave)
2359 to edit a stack entry.
2361 Try entering @samp{3.141439} now.  If this is supposed to represent
2362 @cpi{}, it's got several errors.  Press @kbd{`} to edit this number.
2363 Now use the normal Emacs cursor motion and editing keys to change
2364 the second 4 to a 5, and to transpose the 3 and the 9.  When you
2365 press @key{RET}, the number on the stack will be replaced by your
2366 new number.  This works for formulas, vectors, and all other types
2367 of values you can put on the stack.  The @kbd{`} key also works
2368 during entry of a number or algebraic formula.
2370 @node Modes Tutorial, , Undo Tutorial, Basic Tutorial
2371 @subsection Mode-Setting Commands
2373 @noindent
2374 Calc has many types of @dfn{modes} that affect the way it interprets
2375 your commands or the way it displays data.  We have already seen one
2376 mode, namely Algebraic mode.  There are many others, too; we'll
2377 try some of the most common ones here.
2379 Perhaps the most fundamental mode in Calc is the current @dfn{precision}.
2380 Notice the @samp{12} on the Calc window's mode line:
2382 @smallexample
2383 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All------
2384 @end smallexample
2386 @noindent
2387 Most of the symbols there are Emacs things you don't need to worry
2388 about, but the @samp{12} and the @samp{Deg} are mode indicators.
2389 The @samp{12} means that calculations should always be carried to
2390 12 significant figures.  That is why, when we type @kbd{1 @key{RET} 7 /},
2391 we get @expr{0.142857142857} with exactly 12 digits, not counting
2392 leading and trailing zeros.
2394 You can set the precision to anything you like by pressing @kbd{p},
2395 then entering a suitable number.  Try pressing @kbd{p 30 @key{RET}},
2396 then doing @kbd{1 @key{RET} 7 /} again:
2398 @smallexample
2399 @group
2400 1:  0.142857142857
2401 2:  0.142857142857142857142857142857
2402     .
2403 @end group
2404 @end smallexample
2406 Although the precision can be set arbitrarily high, Calc always
2407 has to have @emph{some} value for the current precision.  After
2408 all, the true value @expr{1/7} is an infinitely repeating decimal;
2409 Calc has to stop somewhere.
2411 Of course, calculations are slower the more digits you request.
2412 Press @w{@kbd{p 12}} now to set the precision back down to the default.
2414 Calculations always use the current precision.  For example, even
2415 though we have a 30-digit value for @expr{1/7} on the stack, if
2416 we use it in a calculation in 12-digit mode it will be rounded
2417 down to 12 digits before it is used.  Try it; press @key{RET} to
2418 duplicate the number, then @w{@kbd{1 +}}.  Notice that the @key{RET}
2419 key didn't round the number, because it doesn't do any calculation.
2420 But the instant we pressed @kbd{+}, the number was rounded down.
2422 @smallexample
2423 @group
2424 1:  0.142857142857
2425 2:  0.142857142857142857142857142857
2426 3:  1.14285714286
2427     .
2428 @end group
2429 @end smallexample
2431 @noindent
2432 In fact, since we added a digit on the left, we had to lose one
2433 digit on the right from even the 12-digit value of @expr{1/7}.
2435 How did we get more than 12 digits when we computed @samp{2^3^4}?  The
2436 answer is that Calc makes a distinction between @dfn{integers} and
2437 @dfn{floating-point} numbers, or @dfn{floats}.  An integer is a number
2438 that does not contain a decimal point.  There is no such thing as an
2439 ``infinitely repeating fraction integer,'' so Calc doesn't have to limit
2440 itself.  If you asked for @samp{2^10000} (don't try this!), you would
2441 have to wait a long time but you would eventually get an exact answer.
2442 If you ask for @samp{2.^10000}, you will quickly get an answer which is
2443 correct only to 12 places.  The decimal point tells Calc that it should
2444 use floating-point arithmetic to get the answer, not exact integer
2445 arithmetic.
2447 You can use the @kbd{F} (@code{calc-floor}) command to convert a
2448 floating-point value to an integer, and @kbd{c f} (@code{calc-float})
2449 to convert an integer to floating-point form.
2451 Let's try entering that last calculation:
2453 @smallexample
2454 @group
2455 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311689e3010
2456     .          1:  10000          .
2457                    .
2459   2.0 @key{RET}          10000 @key{RET}      ^
2460 @end group
2461 @end smallexample
2463 @noindent
2464 @cindex Scientific notation, entry of
2465 Notice the letter @samp{e} in there.  It represents ``times ten to the
2466 power of,'' and is used by Calc automatically whenever writing the
2467 number out fully would introduce more extra zeros than you probably
2468 want to see.  You can enter numbers in this notation, too.
2470 @smallexample
2471 @group
2472 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311678e3010
2473     .          1:  10000.         .
2474                    .
2476   2.0 @key{RET}          1e4 @key{RET}        ^
2477 @end group
2478 @end smallexample
2480 @cindex Round-off errors
2481 @noindent
2482 Hey, the answer is different!  Look closely at the middle columns
2483 of the two examples.  In the first, the stack contained the
2484 exact integer @expr{10000}, but in the second it contained
2485 a floating-point value with a decimal point.  When you raise a
2486 number to an integer power, Calc uses repeated squaring and
2487 multiplication to get the answer.  When you use a floating-point
2488 power, Calc uses logarithms and exponentials.  As you can see,
2489 a slight error crept in during one of these methods.  Which
2490 one should we trust?  Let's raise the precision a bit and find
2491 out:
2493 @smallexample
2494 @group
2495     .          1:  2.         2:  2.         1:  1.995063116880828e3010
2496                    .          1:  10000.         .
2497                                   .
2499  p 16 @key{RET}        2. @key{RET}           1e4            ^    p 12 @key{RET}
2500 @end group
2501 @end smallexample
2503 @noindent
2504 @cindex Guard digits
2505 Presumably, it doesn't matter whether we do this higher-precision
2506 calculation using an integer or floating-point power, since we
2507 have added enough ``guard digits'' to trust the first 12 digits
2508 no matter what.  And the verdict is@dots{}  Integer powers were more
2509 accurate; in fact, the result was only off by one unit in the
2510 last place.
2512 @cindex Guard digits
2513 Calc does many of its internal calculations to a slightly higher
2514 precision, but it doesn't always bump the precision up enough.
2515 In each case, Calc added about two digits of precision during
2516 its calculation and then rounded back down to 12 digits
2517 afterward.  In one case, it was enough; in the other, it
2518 wasn't.  If you really need @var{x} digits of precision, it
2519 never hurts to do the calculation with a few extra guard digits.
2521 What if we want guard digits but don't want to look at them?
2522 We can set the @dfn{float format}.  Calc supports four major
2523 formats for floating-point numbers, called @dfn{normal},
2524 @dfn{fixed-point}, @dfn{scientific notation}, and @dfn{engineering
2525 notation}.  You get them by pressing @w{@kbd{d n}}, @kbd{d f},
2526 @kbd{d s}, and @kbd{d e}, respectively.  In each case, you can
2527 supply a numeric prefix argument which says how many digits
2528 should be displayed.  As an example, let's put a few numbers
2529 onto the stack and try some different display modes.  First,
2530 use @kbd{M-0 @key{DEL}} to clear the stack, then enter the four
2531 numbers shown here:
2533 @smallexample
2534 @group
2535 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2536 3:  12345.     3:  12300.     3:  1.2345e4   3:  1.23e4     3:  12345.000
2537 2:  123.45     2:  123.       2:  1.2345e2   2:  1.23e2     2:  123.450
2538 1:  12.345     1:  12.3       1:  1.2345e1   1:  1.23e1     1:  12.345
2539     .              .              .              .              .
2541    d n          M-3 d n          d s          M-3 d s        M-3 d f
2542 @end group
2543 @end smallexample
2545 @noindent
2546 Notice that when we typed @kbd{M-3 d n}, the numbers were rounded down
2547 to three significant digits, but then when we typed @kbd{d s} all
2548 five significant figures reappeared.  The float format does not
2549 affect how numbers are stored, it only affects how they are
2550 displayed.  Only the current precision governs the actual rounding
2551 of numbers in the Calculator's memory.
2553 Engineering notation, not shown here, is like scientific notation
2554 except the exponent (the power-of-ten part) is always adjusted to be
2555 a multiple of three (as in ``kilo,'' ``micro,'' etc.).  As a result
2556 there will be one, two, or three digits before the decimal point.
2558 Whenever you change a display-related mode, Calc redraws everything
2559 in the stack.  This may be slow if there are many things on the stack,
2560 so Calc allows you to type shift-@kbd{H} before any mode command to
2561 prevent it from updating the stack.  Anything Calc displays after the
2562 mode-changing command will appear in the new format.
2564 @smallexample
2565 @group
2566 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2567 3:  12345.000  3:  12345.000  3:  12345.000  3:  1.2345e4   3:  12345.
2568 2:  123.450    2:  123.450    2:  1.2345e1   2:  1.2345e1   2:  123.45
2569 1:  12.345     1:  1.2345e1   1:  1.2345e2   1:  1.2345e2   1:  12.345
2570     .              .              .              .              .
2572     H d s          @key{DEL} U          @key{TAB}            d @key{SPC}          d n
2573 @end group
2574 @end smallexample
2576 @noindent
2577 Here the @kbd{H d s} command changes to scientific notation but without
2578 updating the screen.  Deleting the top stack entry and undoing it back
2579 causes it to show up in the new format; swapping the top two stack
2580 entries reformats both entries.  The @kbd{d @key{SPC}} command refreshes the
2581 whole stack.  The @kbd{d n} command changes back to the normal float
2582 format; since it doesn't have an @kbd{H} prefix, it also updates all
2583 the stack entries to be in @kbd{d n} format.
2585 Notice that the integer @expr{12345} was not affected by any
2586 of the float formats.  Integers are integers, and are always
2587 displayed exactly.
2589 @cindex Large numbers, readability
2590 Large integers have their own problems.  Let's look back at
2591 the result of @kbd{2^3^4}.
2593 @example
2594 2417851639229258349412352
2595 @end example
2597 @noindent
2598 Quick---how many digits does this have?  Try typing @kbd{d g}:
2600 @example
2601 2,417,851,639,229,258,349,412,352
2602 @end example
2604 @noindent
2605 Now how many digits does this have?  It's much easier to tell!
2606 We can actually group digits into clumps of any size.  Some
2607 people prefer @kbd{M-5 d g}:
2609 @example
2610 24178,51639,22925,83494,12352
2611 @end example
2613 Let's see what happens to floating-point numbers when they are grouped.
2614 First, type @kbd{p 25 @key{RET}} to make sure we have enough precision
2615 to get ourselves into trouble.  Now, type @kbd{1e13 /}:
2617 @example
2618 24,17851,63922.9258349412352
2619 @end example
2621 @noindent
2622 The integer part is grouped but the fractional part isn't.  Now try
2623 @kbd{M-- M-5 d g} (that's meta-minus-sign, meta-five):
2625 @example
2626 24,17851,63922.92583,49412,352
2627 @end example
2629 If you find it hard to tell the decimal point from the commas, try
2630 changing the grouping character to a space with @kbd{d , @key{SPC}}:
2632 @example
2633 24 17851 63922.92583 49412 352
2634 @end example
2636 Type @kbd{d , ,} to restore the normal grouping character, then
2637 @kbd{d g} again to turn grouping off.  Also, press @kbd{p 12} to
2638 restore the default precision.
2640 Press @kbd{U} enough times to get the original big integer back.
2641 (Notice that @kbd{U} does not undo each mode-setting command; if
2642 you want to undo a mode-setting command, you have to do it yourself.)
2643 Now, type @kbd{d r 16 @key{RET}}:
2645 @example
2646 16#200000000000000000000
2647 @end example
2649 @noindent
2650 The number is now displayed in @dfn{hexadecimal}, or ``base-16'' form.
2651 Suddenly it looks pretty simple; this should be no surprise, since we
2652 got this number by computing a power of two, and 16 is a power of 2.
2653 In fact, we can use @w{@kbd{d r 2 @key{RET}}} to see it in actual binary
2654 form:
2656 @example
2657 2#1000000000000000000000000000000000000000000000000000000 @dots{}
2658 @end example
2660 @noindent
2661 We don't have enough space here to show all the zeros!  They won't
2662 fit on a typical screen, either, so you will have to use horizontal
2663 scrolling to see them all.  Press @kbd{<} and @kbd{>} to scroll the
2664 stack window left and right by half its width.  Another way to view
2665 something large is to press @kbd{`} (back-quote) to edit the top of
2666 stack in a separate window.  (Press @kbd{C-c C-c} when you are done.)
2668 You can enter non-decimal numbers using the @kbd{#} symbol, too.
2669 Let's see what the hexadecimal number @samp{5FE} looks like in
2670 binary.  Type @kbd{16#5FE} (the letters can be typed in upper or
2671 lower case; they will always appear in upper case).  It will also
2672 help to turn grouping on with @kbd{d g}:
2674 @example
2675 2#101,1111,1110
2676 @end example
2678 Notice that @kbd{d g} groups by fours by default if the display radix
2679 is binary or hexadecimal, but by threes if it is decimal, octal, or any
2680 other radix.
2682 Now let's see that number in decimal; type @kbd{d r 10}:
2684 @example
2685 1,534
2686 @end example
2688 Numbers are not @emph{stored} with any particular radix attached.  They're
2689 just numbers; they can be entered in any radix, and are always displayed
2690 in whatever radix you've chosen with @kbd{d r}.  The current radix applies
2691 to integers, fractions, and floats.
2693 @cindex Roundoff errors, in non-decimal numbers
2694 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Your friend Joe tried to enter one-third
2695 as @samp{3#0.1} in @kbd{d r 3} mode with a precision of 12.  He got
2696 @samp{3#0.0222222...} (with 25 2's) in the display.  When he multiplied
2697 that by three, he got @samp{3#0.222222...} instead of the expected
2698 @samp{3#1}.  Next, Joe entered @samp{3#0.2} and, to his great relief,
2699 saw @samp{3#0.2} on the screen.  But when he typed @kbd{2 /}, he got
2700 @samp{3#0.10000001} (some zeros omitted).  What's going on here?
2701 @xref{Modes Answer 1, 1}. (@bullet{})
2703 @cindex Scientific notation, in non-decimal numbers
2704 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Scientific notation works in non-decimal
2705 modes in the natural way (the exponent is a power of the radix instead of
2706 a power of ten, although the exponent itself is always written in decimal).
2707 Thus @samp{8#1.23e3 = 8#1230.0}.  Suppose we have the hexadecimal number
2708 @samp{f.e8f} times 16 to the 15th power:  We write @samp{16#f.e8fe15}.
2709 What is wrong with this picture?  What could we write instead that would
2710 work better?  @xref{Modes Answer 2, 2}. (@bullet{})
2712 The @kbd{m} prefix key has another set of modes, relating to the way
2713 Calc interprets your inputs and does computations.  Whereas @kbd{d}-prefix
2714 modes generally affect the way things look, @kbd{m}-prefix modes affect
2715 the way they are actually computed.
2717 The most popular @kbd{m}-prefix mode is the @dfn{angular mode}.  Notice
2718 the @samp{Deg} indicator in the mode line.  This means that if you use
2719 a command that interprets a number as an angle, it will assume the
2720 angle is measured in degrees.  For example,
2722 @smallexample
2723 @group
2724 1:  45         1:  0.707106781187   1:  0.500000000001    1:  0.5
2725     .              .                    .                     .
2727     45             S                    2 ^                   c 1
2728 @end group
2729 @end smallexample
2731 @noindent
2732 The shift-@kbd{S} command computes the sine of an angle.  The sine
2733 of 45 degrees is 
2734 @texline @math{\sqrt{2}/2};
2735 @infoline @expr{sqrt(2)/2}; 
2736 squaring this yields @expr{2/4 = 0.5}.  However, there has been a slight
2737 roundoff error because the representation of 
2738 @texline @math{\sqrt{2}/2}
2739 @infoline @expr{sqrt(2)/2} 
2740 wasn't exact.  The @kbd{c 1} command is a handy way to clean up numbers
2741 in this case; it temporarily reduces the precision by one digit while it
2742 re-rounds the number on the top of the stack.
2744 @cindex Roundoff errors, examples
2745 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe computed the sine
2746 of 45 degrees as shown above, then, hoping to avoid an inexact
2747 result, he increased the precision to 16 digits before squaring.
2748 What happened?  @xref{Modes Answer 3, 3}. (@bullet{})
2750 To do this calculation in radians, we would type @kbd{m r} first.
2751 (The indicator changes to @samp{Rad}.)  45 degrees corresponds to
2752 @cpiover{4} radians.  To get @cpi{}, press the @kbd{P} key.  (Once
2753 again, this is a shifted capital @kbd{P}.  Remember, unshifted
2754 @kbd{p} sets the precision.)
2756 @smallexample
2757 @group
2758 1:  3.14159265359   1:  0.785398163398   1:  0.707106781187
2759     .                   .                .
2761     P                   4 /       m r    S
2762 @end group
2763 @end smallexample
2765 Likewise, inverse trigonometric functions generate results in
2766 either radians or degrees, depending on the current angular mode.
2768 @smallexample
2769 @group
2770 1:  0.707106781187   1:  0.785398163398   1:  45.
2771     .                    .                    .
2773     .5 Q        m r      I S        m d       U I S
2774 @end group
2775 @end smallexample
2777 @noindent
2778 Here we compute the Inverse Sine of 
2779 @texline @math{\sqrt{0.5}},
2780 @infoline @expr{sqrt(0.5)}, 
2781 first in radians, then in degrees.
2783 Use @kbd{c d} and @kbd{c r} to convert a number from radians to degrees
2784 and vice-versa.
2786 @smallexample
2787 @group
2788 1:  45         1:  0.785398163397     1:  45.
2789     .              .                      .
2791     45             c r                    c d
2792 @end group
2793 @end smallexample
2795 Another interesting mode is @dfn{Fraction mode}.  Normally,
2796 dividing two integers produces a floating-point result if the
2797 quotient can't be expressed as an exact integer.  Fraction mode
2798 causes integer division to produce a fraction, i.e., a rational
2799 number, instead.
2801 @smallexample
2802 @group
2803 2:  12         1:  1.33333333333    1:  4:3
2804 1:  9              .                    .
2805     .
2807  12 @key{RET} 9          /          m f       U /      m f
2808 @end group
2809 @end smallexample
2811 @noindent
2812 In the first case, we get an approximate floating-point result.
2813 In the second case, we get an exact fractional result (four-thirds).
2815 You can enter a fraction at any time using @kbd{:} notation.
2816 (Calc uses @kbd{:} instead of @kbd{/} as the fraction separator
2817 because @kbd{/} is already used to divide the top two stack
2818 elements.)  Calculations involving fractions will always
2819 produce exact fractional results; Fraction mode only says
2820 what to do when dividing two integers.
2822 @cindex Fractions vs. floats
2823 @cindex Floats vs. fractions
2824 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  If fractional arithmetic is exact,
2825 why would you ever use floating-point numbers instead?
2826 @xref{Modes Answer 4, 4}. (@bullet{})
2828 Typing @kbd{m f} doesn't change any existing values in the stack.
2829 In the above example, we had to Undo the division and do it over
2830 again when we changed to Fraction mode.  But if you use the
2831 evaluates-to operator you can get commands like @kbd{m f} to
2832 recompute for you.
2834 @smallexample
2835 @group
2836 1:  12 / 9 => 1.33333333333    1:  12 / 9 => 1.333    1:  12 / 9 => 4:3
2837     .                              .                      .
2839    ' 12/9 => @key{RET}                   p 4 @key{RET}                m f
2840 @end group
2841 @end smallexample
2843 @noindent
2844 In this example, the righthand side of the @samp{=>} operator
2845 on the stack is recomputed when we change the precision, then
2846 again when we change to Fraction mode.  All @samp{=>} expressions
2847 on the stack are recomputed every time you change any mode that
2848 might affect their values.
2850 @node Arithmetic Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Basic Tutorial, Tutorial
2851 @section Arithmetic Tutorial
2853 @noindent
2854 In this section, we explore the arithmetic and scientific functions
2855 available in the Calculator.
2857 The standard arithmetic commands are @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/},
2858 and @kbd{^}.  Each normally takes two numbers from the top of the stack
2859 and pushes back a result.  The @kbd{n} and @kbd{&} keys perform
2860 change-sign and reciprocal operations, respectively.
2862 @smallexample
2863 @group
2864 1:  5          1:  0.2        1:  5.         1:  -5.        1:  5.
2865     .              .              .              .              .
2867     5              &              &              n              n
2868 @end group
2869 @end smallexample
2871 @cindex Binary operators
2872 You can apply a ``binary operator'' like @kbd{+} across any number of
2873 stack entries by giving it a numeric prefix.  You can also apply it
2874 pairwise to several stack elements along with the top one if you use
2875 a negative prefix.
2877 @smallexample
2878 @group
2879 3:  2          1:  9          3:  2          4:  2          3:  12
2880 2:  3              .          2:  3          3:  3          2:  13
2881 1:  4                         1:  4          2:  4          1:  14
2882     .                             .          1:  10             .
2883                                                  .
2885 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4     M-3 +           U              10          M-- M-3 +
2886 @end group
2887 @end smallexample
2889 @cindex Unary operators
2890 You can apply a ``unary operator'' like @kbd{&} to the top @var{n}
2891 stack entries with a numeric prefix, too.
2893 @smallexample
2894 @group
2895 3:  2          3:  0.5                3:  0.5
2896 2:  3          2:  0.333333333333     2:  3.
2897 1:  4          1:  0.25               1:  4.
2898     .              .                      .
2900 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4      M-3 &                  M-2 &
2901 @end group
2902 @end smallexample
2904 Notice that the results here are left in floating-point form.
2905 We can convert them back to integers by pressing @kbd{F}, the
2906 ``floor'' function.  This function rounds down to the next lower
2907 integer.  There is also @kbd{R}, which rounds to the nearest
2908 integer.
2910 @smallexample
2911 @group
2912 7:  2.         7:  2          7:  2
2913 6:  2.4        6:  2          6:  2
2914 5:  2.5        5:  2          5:  3
2915 4:  2.6        4:  2          4:  3
2916 3:  -2.        3:  -2         3:  -2
2917 2:  -2.4       2:  -3         2:  -2
2918 1:  -2.6       1:  -3         1:  -3
2919     .              .              .
2921                   M-7 F        U M-7 R
2922 @end group
2923 @end smallexample
2925 Since dividing-and-flooring (i.e., ``integer quotient'') is such a
2926 common operation, Calc provides a special command for that purpose, the
2927 backslash @kbd{\}.  Another common arithmetic operator is @kbd{%}, which
2928 computes the remainder that would arise from a @kbd{\} operation, i.e.,
2929 the ``modulo'' of two numbers.  For example,
2931 @smallexample
2932 @group
2933 2:  1234       1:  12         2:  1234       1:  34
2934 1:  100            .          1:  100            .
2935     .                             .
2937 1234 @key{RET} 100       \              U              %
2938 @end group
2939 @end smallexample
2941 These commands actually work for any real numbers, not just integers.
2943 @smallexample
2944 @group
2945 2:  3.1415     1:  3          2:  3.1415     1:  0.1415
2946 1:  1              .          1:  1              .
2947     .                             .
2949 3.1415 @key{RET} 1       \              U              %
2950 @end group
2951 @end smallexample
2953 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The @kbd{\} command would appear to be a
2954 frill, since you could always do the same thing with @kbd{/ F}.  Think
2955 of a situation where this is not true---@kbd{/ F} would be inadequate.
2956 Now think of a way you could get around the problem if Calc didn't
2957 provide a @kbd{\} command.  @xref{Arithmetic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2959 We've already seen the @kbd{Q} (square root) and @kbd{S} (sine)
2960 commands.  Other commands along those lines are @kbd{C} (cosine),
2961 @kbd{T} (tangent), @kbd{E} (@expr{e^x}) and @kbd{L} (natural
2962 logarithm).  These can be modified by the @kbd{I} (inverse) and
2963 @kbd{H} (hyperbolic) prefix keys.
2965 Let's compute the sine and cosine of an angle, and verify the
2966 identity 
2967 @texline @math{\sin^2x + \cos^2x = 1}.
2968 @infoline @expr{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}.  
2969 We'll arbitrarily pick @mathit{-64} degrees as a good value for @expr{x}.
2970 With the angular mode set to degrees (type @w{@kbd{m d}}), do:
2972 @smallexample
2973 @group
2974 2:  -64        2:  -64        2:  -0.89879   2:  -0.89879   1:  1.
2975 1:  -64        1:  -0.89879   1:  -64        1:  0.43837        .
2976     .              .              .              .
2978  64 n @key{RET} @key{RET}      S              @key{TAB}            C              f h
2979 @end group
2980 @end smallexample
2982 @noindent
2983 (For brevity, we're showing only five digits of the results here.
2984 You can of course do these calculations to any precision you like.)
2986 Remember, @kbd{f h} is the @code{calc-hypot}, or square-root of sum
2987 of squares, command.
2989 Another identity is 
2990 @texline @math{\displaystyle\tan x = {\sin x \over \cos x}}.
2991 @infoline @expr{tan(x) = sin(x) / cos(x)}.
2992 @smallexample
2993 @group
2995 2:  -0.89879   1:  -2.0503    1:  -64.
2996 1:  0.43837        .              .
2997     .
2999     U              /              I T
3000 @end group
3001 @end smallexample
3003 A physical interpretation of this calculation is that if you move
3004 @expr{0.89879} units downward and @expr{0.43837} units to the right,
3005 your direction of motion is @mathit{-64} degrees from horizontal.  Suppose
3006 we move in the opposite direction, up and to the left:
3008 @smallexample
3009 @group
3010 2:  -0.89879   2:  0.89879    1:  -2.0503    1:  -64.
3011 1:  0.43837    1:  -0.43837       .              .
3012     .              .
3014     U U            M-2 n          /              I T
3015 @end group
3016 @end smallexample
3018 @noindent
3019 How can the angle be the same?  The answer is that the @kbd{/} operation
3020 loses information about the signs of its inputs.  Because the quotient
3021 is negative, we know exactly one of the inputs was negative, but we
3022 can't tell which one.  There is an @kbd{f T} [@code{arctan2}] function which
3023 computes the inverse tangent of the quotient of a pair of numbers.
3024 Since you feed it the two original numbers, it has enough information
3025 to give you a full 360-degree answer.
3027 @smallexample
3028 @group
3029 2:  0.89879    1:  116.       3:  116.       2:  116.       1:  180.
3030 1:  -0.43837       .          2:  -0.89879   1:  -64.           .
3031     .                         1:  0.43837        .
3032                                   .
3034     U U            f T         M-@key{RET} M-2 n       f T            -
3035 @end group
3036 @end smallexample
3038 @noindent
3039 The resulting angles differ by 180 degrees; in other words, they
3040 point in opposite directions, just as we would expect.
3042 The @key{META}-@key{RET} we used in the third step is the
3043 ``last-arguments'' command.  It is sort of like Undo, except that it
3044 restores the arguments of the last command to the stack without removing
3045 the command's result.  It is useful in situations like this one,
3046 where we need to do several operations on the same inputs.  We could
3047 have accomplished the same thing by using @kbd{M-2 @key{RET}} to duplicate
3048 the top two stack elements right after the @kbd{U U}, then a pair of
3049 @kbd{M-@key{TAB}} commands to cycle the 116 up around the duplicates.
3051 A similar identity is supposed to hold for hyperbolic sines and cosines,
3052 except that it is the @emph{difference}
3053 @texline @math{\cosh^2x - \sinh^2x}
3054 @infoline @expr{cosh(x)^2 - sinh(x)^2} 
3055 that always equals one.  Let's try to verify this identity.
3057 @smallexample
3058 @group
3059 2:  -64        2:  -64        2:  -64        2:  9.7192e54  2:  9.7192e54
3060 1:  -64        1:  -3.1175e27 1:  9.7192e54  1:  -64        1:  9.7192e54
3061     .              .              .              .              .
3063  64 n @key{RET} @key{RET}      H C            2 ^            @key{TAB}            H S 2 ^
3064 @end group
3065 @end smallexample
3067 @noindent
3068 @cindex Roundoff errors, examples
3069 Something's obviously wrong, because when we subtract these numbers
3070 the answer will clearly be zero!  But if you think about it, if these
3071 numbers @emph{did} differ by one, it would be in the 55th decimal
3072 place.  The difference we seek has been lost entirely to roundoff
3073 error.
3075 We could verify this hypothesis by doing the actual calculation with,
3076 say, 60 decimal places of precision.  This will be slow, but not
3077 enormously so.  Try it if you wish; sure enough, the answer is
3078 0.99999, reasonably close to 1.
3080 Of course, a more reasonable way to verify the identity is to use
3081 a more reasonable value for @expr{x}!
3083 @cindex Common logarithm
3084 Some Calculator commands use the Hyperbolic prefix for other purposes.
3085 The logarithm and exponential functions, for example, work to the base
3086 @expr{e} normally but use base-10 instead if you use the Hyperbolic
3087 prefix.
3089 @smallexample
3090 @group
3091 1:  1000       1:  6.9077     1:  1000       1:  3
3092     .              .              .              .
3094     1000           L              U              H L
3095 @end group
3096 @end smallexample
3098 @noindent
3099 First, we mistakenly compute a natural logarithm.  Then we undo
3100 and compute a common logarithm instead.
3102 The @kbd{B} key computes a general base-@var{b} logarithm for any
3103 value of @var{b}.
3105 @smallexample
3106 @group
3107 2:  1000       1:  3          1:  1000.      2:  1000.      1:  6.9077
3108 1:  10             .              .          1:  2.71828        .
3109     .                                            .
3111  1000 @key{RET} 10       B              H E            H P            B
3112 @end group
3113 @end smallexample
3115 @noindent
3116 Here we first use @kbd{B} to compute the base-10 logarithm, then use
3117 the ``hyperbolic'' exponential as a cheap hack to recover the number
3118 1000, then use @kbd{B} again to compute the natural logarithm.  Note
3119 that @kbd{P} with the hyperbolic prefix pushes the constant @expr{e}
3120 onto the stack.
3122 You may have noticed that both times we took the base-10 logarithm
3123 of 1000, we got an exact integer result.  Calc always tries to give
3124 an exact rational result for calculations involving rational numbers
3125 where possible.  But when we used @kbd{H E}, the result was a
3126 floating-point number for no apparent reason.  In fact, if we had
3127 computed @kbd{10 @key{RET} 3 ^} we @emph{would} have gotten an
3128 exact integer 1000.  But the @kbd{H E} command is rigged to generate
3129 a floating-point result all of the time so that @kbd{1000 H E} will
3130 not waste time computing a thousand-digit integer when all you
3131 probably wanted was @samp{1e1000}.
3133 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Find a pair of integer inputs to
3134 the @kbd{B} command for which Calc could find an exact rational
3135 result but doesn't.  @xref{Arithmetic Answer 2, 2}. (@bullet{})
3137 The Calculator also has a set of functions relating to combinatorics
3138 and statistics.  You may be familiar with the @dfn{factorial} function,
3139 which computes the product of all the integers up to a given number.
3141 @smallexample
3142 @group
3143 1:  100        1:  93326215443...    1:  100.       1:  9.3326e157
3144     .              .                     .              .
3146     100            !                     U c f          !
3147 @end group
3148 @end smallexample
3150 @noindent
3151 Recall, the @kbd{c f} command converts the integer or fraction at the
3152 top of the stack to floating-point format.  If you take the factorial
3153 of a floating-point number, you get a floating-point result
3154 accurate to the current precision.  But if you give @kbd{!} an
3155 exact integer, you get an exact integer result (158 digits long
3156 in this case).
3158 If you take the factorial of a non-integer, Calc uses a generalized
3159 factorial function defined in terms of Euler's Gamma function
3160 @texline @math{\Gamma(n)}
3161 @infoline @expr{gamma(n)}
3162 (which is itself available as the @kbd{f g} command).
3164 @smallexample
3165 @group
3166 3:  4.         3:  24.               1:  5.5        1:  52.342777847
3167 2:  4.5        2:  52.3427777847         .              .
3168 1:  5.         1:  120.
3169     .              .
3171                    M-3 !              M-0 @key{DEL} 5.5       f g
3172 @end group
3173 @end smallexample
3175 @noindent
3176 Here we verify the identity 
3177 @texline @math{n! = \Gamma(n+1)}.
3178 @infoline @expr{@var{n}!@: = gamma(@var{n}+1)}.
3180 The binomial coefficient @var{n}-choose-@var{m}
3181 @texline or @math{\displaystyle {n \choose m}}
3182 is defined by
3183 @texline @math{\displaystyle {n! \over m! \, (n-m)!}}
3184 @infoline @expr{n!@: / m!@: (n-m)!}
3185 for all reals @expr{n} and @expr{m}.  The intermediate results in this
3186 formula can become quite large even if the final result is small; the
3187 @kbd{k c} command computes a binomial coefficient in a way that avoids
3188 large intermediate values.
3190 The @kbd{k} prefix key defines several common functions out of
3191 combinatorics and number theory.  Here we compute the binomial
3192 coefficient 30-choose-20, then determine its prime factorization.
3194 @smallexample
3195 @group
3196 2:  30         1:  30045015   1:  [3, 3, 5, 7, 11, 13, 23, 29]
3197 1:  20             .              .
3198     .
3200  30 @key{RET} 20         k c            k f
3201 @end group
3202 @end smallexample
3204 @noindent
3205 You can verify these prime factors by using @kbd{v u} to ``unpack''
3206 this vector into 8 separate stack entries, then @kbd{M-8 *} to
3207 multiply them back together.  The result is the original number,
3208 30045015.
3210 @cindex Hash tables
3211 Suppose a program you are writing needs a hash table with at least
3212 10000 entries.  It's best to use a prime number as the actual size
3213 of a hash table.  Calc can compute the next prime number after 10000:
3215 @smallexample
3216 @group
3217 1:  10000      1:  10007      1:  9973
3218     .              .              .
3220     10000          k n            I k n
3221 @end group
3222 @end smallexample
3224 @noindent
3225 Just for kicks we've also computed the next prime @emph{less} than
3226 10000.
3228 @c [fix-ref Financial Functions]
3229 @xref{Financial Functions}, for a description of the Calculator
3230 commands that deal with business and financial calculations (functions
3231 like @code{pv}, @code{rate}, and @code{sln}).
3233 @c [fix-ref Binary Number Functions]
3234 @xref{Binary Functions}, to read about the commands for operating
3235 on binary numbers (like @code{and}, @code{xor}, and @code{lsh}).
3237 @node Vector/Matrix Tutorial, Types Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial
3238 @section Vector/Matrix Tutorial
3240 @noindent
3241 A @dfn{vector} is a list of numbers or other Calc data objects.
3242 Calc provides a large set of commands that operate on vectors.  Some
3243 are familiar operations from vector analysis.  Others simply treat
3244 a vector as a list of objects.
3246 @menu
3247 * Vector Analysis Tutorial::
3248 * Matrix Tutorial::
3249 * List Tutorial::
3250 @end menu
3252 @node Vector Analysis Tutorial, Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3253 @subsection Vector Analysis
3255 @noindent
3256 If you add two vectors, the result is a vector of the sums of the
3257 elements, taken pairwise.
3259 @smallexample
3260 @group
3261 1:  [1, 2, 3]     2:  [1, 2, 3]     1:  [8, 8, 3]
3262     .             1:  [7, 6, 0]         .
3263                       .
3265     [1,2,3]  s 1      [7 6 0]  s 2      +
3266 @end group
3267 @end smallexample
3269 @noindent
3270 Note that we can separate the vector elements with either commas or
3271 spaces.  This is true whether we are using incomplete vectors or
3272 algebraic entry.  The @kbd{s 1} and @kbd{s 2} commands save these
3273 vectors so we can easily reuse them later.
3275 If you multiply two vectors, the result is the sum of the products
3276 of the elements taken pairwise.  This is called the @dfn{dot product}
3277 of the vectors.
3279 @smallexample
3280 @group
3281 2:  [1, 2, 3]     1:  19
3282 1:  [7, 6, 0]         .
3283     .
3285     r 1 r 2           *
3286 @end group
3287 @end smallexample
3289 @cindex Dot product
3290 The dot product of two vectors is equal to the product of their
3291 lengths times the cosine of the angle between them.  (Here the vector
3292 is interpreted as a line from the origin @expr{(0,0,0)} to the
3293 specified point in three-dimensional space.)  The @kbd{A}
3294 (absolute value) command can be used to compute the length of a
3295 vector.
3297 @smallexample
3298 @group
3299 3:  19            3:  19          1:  0.550782    1:  56.579
3300 2:  [1, 2, 3]     2:  3.741657        .               .
3301 1:  [7, 6, 0]     1:  9.219544
3302     .                 .
3304     M-@key{RET}             M-2 A          * /             I C
3305 @end group
3306 @end smallexample
3308 @noindent
3309 First we recall the arguments to the dot product command, then
3310 we compute the absolute values of the top two stack entries to
3311 obtain the lengths of the vectors, then we divide the dot product
3312 by the product of the lengths to get the cosine of the angle.
3313 The inverse cosine finds that the angle between the vectors
3314 is about 56 degrees.
3316 @cindex Cross product
3317 @cindex Perpendicular vectors
3318 The @dfn{cross product} of two vectors is a vector whose length
3319 is the product of the lengths of the inputs times the sine of the
3320 angle between them, and whose direction is perpendicular to both
3321 input vectors.  Unlike the dot product, the cross product is
3322 defined only for three-dimensional vectors.  Let's double-check
3323 our computation of the angle using the cross product.
3325 @smallexample
3326 @group
3327 2:  [1, 2, 3]  3:  [-18, 21, -8]  1:  [-0.52, 0.61, -0.23]  1:  56.579
3328 1:  [7, 6, 0]  2:  [1, 2, 3]          .                         .
3329     .          1:  [7, 6, 0]
3330                    .
3332     r 1 r 2        V C  s 3  M-@key{RET}    M-2 A * /                 A I S
3333 @end group
3334 @end smallexample
3336 @noindent
3337 First we recall the original vectors and compute their cross product,
3338 which we also store for later reference.  Now we divide the vector
3339 by the product of the lengths of the original vectors.  The length of
3340 this vector should be the sine of the angle; sure enough, it is!
3342 @c [fix-ref General Mode Commands]
3343 Vector-related commands generally begin with the @kbd{v} prefix key.
3344 Some are uppercase letters and some are lowercase.  To make it easier
3345 to type these commands, the shift-@kbd{V} prefix key acts the same as
3346 the @kbd{v} key.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to make all
3347 prefix keys have this property.)
3349 If we take the dot product of two perpendicular vectors we expect
3350 to get zero, since the cosine of 90 degrees is zero.  Let's check
3351 that the cross product is indeed perpendicular to both inputs:
3353 @smallexample
3354 @group
3355 2:  [1, 2, 3]      1:  0          2:  [7, 6, 0]      1:  0
3356 1:  [-18, 21, -8]      .          1:  [-18, 21, -8]      .
3357     .                                 .
3359     r 1 r 3            *          @key{DEL} r 2 r 3            *
3360 @end group
3361 @end smallexample
3363 @cindex Normalizing a vector
3364 @cindex Unit vectors
3365 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Given a vector on the top of the
3366 stack, what keystrokes would you use to @dfn{normalize} the
3367 vector, i.e., to reduce its length to one without changing its
3368 direction?  @xref{Vector Answer 1, 1}. (@bullet{})
3370 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Suppose a certain particle can be
3371 at any of several positions along a ruler.  You have a list of
3372 those positions in the form of a vector, and another list of the
3373 probabilities for the particle to be at the corresponding positions.
3374 Find the average position of the particle.
3375 @xref{Vector Answer 2, 2}. (@bullet{})
3377 @node Matrix Tutorial, List Tutorial, Vector Analysis Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3378 @subsection Matrices
3380 @noindent
3381 A @dfn{matrix} is just a vector of vectors, all the same length.
3382 This means you can enter a matrix using nested brackets.  You can
3383 also use the semicolon character to enter a matrix.  We'll show
3384 both methods here:
3386 @smallexample
3387 @group
3388 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3389       [ 4, 5, 6 ] ]                 [ 4, 5, 6 ] ]
3390     .                             .
3392   [[1 2 3] [4 5 6]]             ' [1 2 3; 4 5 6] @key{RET}
3393 @end group
3394 @end smallexample
3396 @noindent
3397 We'll be using this matrix again, so type @kbd{s 4} to save it now.
3399 Note that semicolons work with incomplete vectors, but they work
3400 better in algebraic entry.  That's why we use the apostrophe in
3401 the second example.
3403 When two matrices are multiplied, the lefthand matrix must have
3404 the same number of columns as the righthand matrix has rows.
3405 Row @expr{i}, column @expr{j} of the result is effectively the
3406 dot product of row @expr{i} of the left matrix by column @expr{j}
3407 of the right matrix.
3409 If we try to duplicate this matrix and multiply it by itself,
3410 the dimensions are wrong and the multiplication cannot take place:
3412 @smallexample
3413 @group
3414 1:  [ [ 1, 2, 3 ]   * [ [ 1, 2, 3 ]
3415       [ 4, 5, 6 ] ]     [ 4, 5, 6 ] ]
3416     .
3418     @key{RET} *
3419 @end group
3420 @end smallexample
3422 @noindent
3423 Though rather hard to read, this is a formula which shows the product
3424 of two matrices.  The @samp{*} function, having invalid arguments, has
3425 been left in symbolic form.
3427 We can multiply the matrices if we @dfn{transpose} one of them first.
3429 @smallexample
3430 @group
3431 2:  [ [ 1, 2, 3 ]       1:  [ [ 14, 32 ]      1:  [ [ 17, 22, 27 ]
3432       [ 4, 5, 6 ] ]           [ 32, 77 ] ]          [ 22, 29, 36 ]
3433 1:  [ [ 1, 4 ]              .                       [ 27, 36, 45 ] ]
3434       [ 2, 5 ]                                    .
3435       [ 3, 6 ] ]
3436     .
3438     U v t                   *                     U @key{TAB} *
3439 @end group
3440 @end smallexample
3442 Matrix multiplication is not commutative; indeed, switching the
3443 order of the operands can even change the dimensions of the result
3444 matrix, as happened here!
3446 If you multiply a plain vector by a matrix, it is treated as a
3447 single row or column depending on which side of the matrix it is
3448 on.  The result is a plain vector which should also be interpreted
3449 as a row or column as appropriate.
3451 @smallexample
3452 @group
3453 2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [14, 32]
3454       [ 4, 5, 6 ] ]        .
3455 1:  [1, 2, 3]
3456     .
3458     r 4 r 1                *
3459 @end group
3460 @end smallexample
3462 Multiplying in the other order wouldn't work because the number of
3463 rows in the matrix is different from the number of elements in the
3464 vector.
3466 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Use @samp{*} to sum along the rows
3467 of the above 
3468 @texline @math{2\times3}
3469 @infoline 2x3 
3470 matrix to get @expr{[6, 15]}.  Now use @samp{*} to sum along the columns
3471 to get @expr{[5, 7, 9]}. 
3472 @xref{Matrix Answer 1, 1}. (@bullet{})
3474 @cindex Identity matrix
3475 An @dfn{identity matrix} is a square matrix with ones along the
3476 diagonal and zeros elsewhere.  It has the property that multiplication
3477 by an identity matrix, on the left or on the right, always produces
3478 the original matrix.
3480 @smallexample
3481 @group
3482 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3483       [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]
3484     .                  1:  [ [ 1, 0, 0 ]          .
3485                              [ 0, 1, 0 ]
3486                              [ 0, 0, 1 ] ]
3487                            .
3489     r 4                    v i 3 @key{RET}              *
3490 @end group
3491 @end smallexample
3493 If a matrix is square, it is often possible to find its @dfn{inverse},
3494 that is, a matrix which, when multiplied by the original matrix, yields
3495 an identity matrix.  The @kbd{&} (reciprocal) key also computes the
3496 inverse of a matrix.
3498 @smallexample
3499 @group
3500 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [   -2.4,     1.2,   -0.2 ]
3501       [ 4, 5, 6 ]            [    2.8,    -1.4,    0.4 ]
3502       [ 7, 6, 0 ] ]          [ -0.73333, 0.53333, -0.2 ] ]
3503     .                      .
3505     r 4 r 2 |  s 5         &
3506 @end group
3507 @end smallexample
3509 @noindent
3510 The vertical bar @kbd{|} @dfn{concatenates} numbers, vectors, and
3511 matrices together.  Here we have used it to add a new row onto
3512 our matrix to make it square.
3514 We can multiply these two matrices in either order to get an identity.
3516 @smallexample
3517 @group
3518 1:  [ [ 1., 0., 0. ]      1:  [ [ 1., 0., 0. ]
3519       [ 0., 1., 0. ]            [ 0., 1., 0. ]
3520       [ 0., 0., 1. ] ]          [ 0., 0., 1. ] ]
3521     .                         .
3523     M-@key{RET}  *                  U @key{TAB} *
3524 @end group
3525 @end smallexample
3527 @cindex Systems of linear equations
3528 @cindex Linear equations, systems of
3529 Matrix inverses are related to systems of linear equations in algebra.
3530 Suppose we had the following set of equations:
3532 @ifinfo
3533 @group
3534 @example
3535     a + 2b + 3c = 6
3536    4a + 5b + 6c = 2
3537    7a + 6b      = 3
3538 @end example
3539 @end group
3540 @end ifinfo
3541 @tex
3542 \turnoffactive
3543 \beforedisplayh
3544 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3545 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3546    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3547    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3548    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3549   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3550  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3551  7a&+&6b& &  &=3 \cr}
3553 \afterdisplayh
3554 @end tex
3556 @noindent
3557 This can be cast into the matrix equation,
3559 @ifinfo
3560 @group
3561 @example
3562    [ [ 1, 2, 3 ]     [ [ a ]     [ [ 6 ]
3563      [ 4, 5, 6 ]   *   [ b ]   =   [ 2 ]
3564      [ 7, 6, 0 ] ]     [ c ] ]     [ 3 ] ]
3565 @end example
3566 @end group
3567 @end ifinfo
3568 @tex
3569 \turnoffactive
3570 \beforedisplay
3571 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 \cr 4 & 5 & 6 \cr 7 & 6 & 0 }
3572    \times
3573    \pmatrix{ a \cr b \cr c } = \pmatrix{ 6 \cr 2 \cr 3 }
3575 \afterdisplay
3576 @end tex
3578 We can solve this system of equations by multiplying both sides by the
3579 inverse of the matrix.  Calc can do this all in one step:
3581 @smallexample
3582 @group
3583 2:  [6, 2, 3]          1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3584 1:  [ [ 1, 2, 3 ]          .
3585       [ 4, 5, 6 ]
3586       [ 7, 6, 0 ] ]
3587     .
3589     [6,2,3] r 5            /
3590 @end group
3591 @end smallexample
3593 @noindent
3594 The result is the @expr{[a, b, c]} vector that solves the equations.
3595 (Dividing by a square matrix is equivalent to multiplying by its
3596 inverse.)
3598 Let's verify this solution:
3600 @smallexample
3601 @group
3602 2:  [ [ 1, 2, 3 ]                1:  [6., 2., 3.]
3603       [ 4, 5, 6 ]                    .
3604       [ 7, 6, 0 ] ]
3605 1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3606     .
3608     r 5  @key{TAB}                         *
3609 @end group
3610 @end smallexample
3612 @noindent
3613 Note that we had to be careful about the order in which we multiplied
3614 the matrix and vector.  If we multiplied in the other order, Calc would
3615 assume the vector was a row vector in order to make the dimensions
3616 come out right, and the answer would be incorrect.  If you
3617 don't feel safe letting Calc take either interpretation of your
3618 vectors, use explicit 
3619 @texline @math{N\times1}
3620 @infoline Nx1
3622 @texline @math{1\times N}
3623 @infoline 1xN
3624 matrices instead.  In this case, you would enter the original column
3625 vector as @samp{[[6], [2], [3]]} or @samp{[6; 2; 3]}.
3627 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Algebraic entry allows you to make
3628 vectors and matrices that include variables.  Solve the following
3629 system of equations to get expressions for @expr{x} and @expr{y}
3630 in terms of @expr{a} and @expr{b}.
3632 @ifinfo
3633 @group
3634 @example
3635    x + a y = 6
3636    x + b y = 10
3637 @end example
3638 @end group
3639 @end ifinfo
3640 @tex
3641 \turnoffactive
3642 \beforedisplay
3643 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
3644              x &+ b y = 10}
3646 \afterdisplay
3647 @end tex
3649 @noindent
3650 @xref{Matrix Answer 2, 2}. (@bullet{})
3652 @cindex Least-squares for over-determined systems
3653 @cindex Over-determined systems of equations
3654 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  A system of equations is ``over-determined''
3655 if it has more equations than variables.  It is often the case that
3656 there are no values for the variables that will satisfy all the
3657 equations at once, but it is still useful to find a set of values
3658 which ``nearly'' satisfy all the equations.  In terms of matrix equations,
3659 you can't solve @expr{A X = B} directly because the matrix @expr{A}
3660 is not square for an over-determined system.  Matrix inversion works
3661 only for square matrices.  One common trick is to multiply both sides
3662 on the left by the transpose of @expr{A}:
3663 @ifinfo
3664 @samp{trn(A)*A*X = trn(A)*B}.
3665 @end ifinfo
3666 @tex
3667 \turnoffactive
3668 $A^T A \, X = A^T B$, where $A^T$ is the transpose \samp{trn(A)}.
3669 @end tex
3670 Now 
3671 @texline @math{A^T A}
3672 @infoline @expr{trn(A)*A} 
3673 is a square matrix so a solution is possible.  It turns out that the
3674 @expr{X} vector you compute in this way will be a ``least-squares''
3675 solution, which can be regarded as the ``closest'' solution to the set
3676 of equations.  Use Calc to solve the following over-determined
3677 system:
3679 @ifinfo
3680 @group
3681 @example
3682     a + 2b + 3c = 6
3683    4a + 5b + 6c = 2
3684    7a + 6b      = 3
3685    2a + 4b + 6c = 11
3686 @end example
3687 @end group
3688 @end ifinfo
3689 @tex
3690 \turnoffactive
3691 \beforedisplayh
3692 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3693 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3694    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3695    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3696    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3697   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3698  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3699  7a&+&6b& &  &=3 \cr
3700  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
3702 \afterdisplayh
3703 @end tex
3705 @noindent
3706 @xref{Matrix Answer 3, 3}. (@bullet{})
3708 @node List Tutorial, , Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3709 @subsection Vectors as Lists
3711 @noindent
3712 @cindex Lists
3713 Although Calc has a number of features for manipulating vectors and
3714 matrices as mathematical objects, you can also treat vectors as
3715 simple lists of values.  For example, we saw that the @kbd{k f}
3716 command returns a vector which is a list of the prime factors of a
3717 number.
3719 You can pack and unpack stack entries into vectors:
3721 @smallexample
3722 @group
3723 3:  10         1:  [10, 20, 30]     3:  10
3724 2:  20             .                2:  20
3725 1:  30                              1:  30
3726     .                                   .
3728                    M-3 v p              v u
3729 @end group
3730 @end smallexample
3732 You can also build vectors out of consecutive integers, or out
3733 of many copies of a given value:
3735 @smallexample
3736 @group
3737 1:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]
3738     .               1:  17              1:  [17, 17, 17, 17]
3739                         .                   .
3741     v x 4 @key{RET}           17                  v b 4 @key{RET}
3742 @end group
3743 @end smallexample
3745 You can apply an operator to every element of a vector using the
3746 @dfn{map} command.
3748 @smallexample
3749 @group
3750 1:  [17, 34, 51, 68]   1:  [289, 1156, 2601, 4624]  1:  [17, 34, 51, 68]
3751     .                      .                            .
3753     V M *                  2 V M ^                      V M Q
3754 @end group
3755 @end smallexample
3757 @noindent
3758 In the first step, we multiply the vector of integers by the vector
3759 of 17's elementwise.  In the second step, we raise each element to
3760 the power two.  (The general rule is that both operands must be
3761 vectors of the same length, or else one must be a vector and the
3762 other a plain number.)  In the final step, we take the square root
3763 of each element.
3765 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Compute a vector of powers of two
3766 from 
3767 @texline @math{2^{-4}}
3768 @infoline @expr{2^-4} 
3769 to @expr{2^4}.  @xref{List Answer 1, 1}. (@bullet{})
3771 You can also @dfn{reduce} a binary operator across a vector.
3772 For example, reducing @samp{*} computes the product of all the
3773 elements in the vector:
3775 @smallexample
3776 @group
3777 1:  123123     1:  [3, 7, 11, 13, 41]      1:  123123
3778     .              .                           .
3780     123123         k f                         V R *
3781 @end group
3782 @end smallexample
3784 @noindent
3785 In this example, we decompose 123123 into its prime factors, then
3786 multiply those factors together again to yield the original number.
3788 We could compute a dot product ``by hand'' using mapping and
3789 reduction:
3791 @smallexample
3792 @group
3793 2:  [1, 2, 3]     1:  [7, 12, 0]     1:  19
3794 1:  [7, 6, 0]         .                  .
3795     .
3797     r 1 r 2           V M *              V R +
3798 @end group
3799 @end smallexample
3801 @noindent
3802 Recalling two vectors from the previous section, we compute the
3803 sum of pairwise products of the elements to get the same answer
3804 for the dot product as before.
3806 A slight variant of vector reduction is the @dfn{accumulate} operation,
3807 @kbd{V U}.  This produces a vector of the intermediate results from
3808 a corresponding reduction.  Here we compute a table of factorials:
3810 @smallexample
3811 @group
3812 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]    1:  [1, 2, 6, 24, 120, 720]
3813     .                         .
3815     v x 6 @key{RET}                 V U *
3816 @end group
3817 @end smallexample
3819 Calc allows vectors to grow as large as you like, although it gets
3820 rather slow if vectors have more than about a hundred elements.
3821 Actually, most of the time is spent formatting these large vectors
3822 for display, not calculating on them.  Try the following experiment
3823 (if your computer is very fast you may need to substitute a larger
3824 vector size).
3826 @smallexample
3827 @group
3828 1:  [1, 2, 3, 4, ...      1:  [2, 3, 4, 5, ...
3829     .                         .
3831     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3832 @end group
3833 @end smallexample
3835 Now press @kbd{v .} (the letter @kbd{v}, then a period) and try the
3836 experiment again.  In @kbd{v .} mode, long vectors are displayed
3837 ``abbreviated'' like this:
3839 @smallexample
3840 @group
3841 1:  [1, 2, 3, ..., 500]   1:  [2, 3, 4, ..., 501]
3842     .                         .
3844     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3845 @end group
3846 @end smallexample
3848 @noindent
3849 (where now the @samp{...} is actually part of the Calc display).
3850 You will find both operations are now much faster.  But notice that
3851 even in @w{@kbd{v .}} mode, the full vectors are still shown in the Trail.
3852 Type @w{@kbd{t .}} to cause the trail to abbreviate as well, and try the
3853 experiment one more time.  Operations on long vectors are now quite
3854 fast!  (But of course if you use @kbd{t .} you will lose the ability
3855 to get old vectors back using the @kbd{t y} command.)
3857 An easy way to view a full vector when @kbd{v .} mode is active is
3858 to press @kbd{`} (back-quote) to edit the vector; editing always works
3859 with the full, unabbreviated value.
3861 @cindex Least-squares for fitting a straight line
3862 @cindex Fitting data to a line
3863 @cindex Line, fitting data to
3864 @cindex Data, extracting from buffers
3865 @cindex Columns of data, extracting
3866 As a larger example, let's try to fit a straight line to some data,
3867 using the method of least squares.  (Calc has a built-in command for
3868 least-squares curve fitting, but we'll do it by hand here just to
3869 practice working with vectors.)  Suppose we have the following list
3870 of values in a file we have loaded into Emacs:
3872 @smallexample
3873   x        y
3874  ---      ---
3875  1.34    0.234
3876  1.41    0.298
3877  1.49    0.402
3878  1.56    0.412
3879  1.64    0.466
3880  1.73    0.473
3881  1.82    0.601
3882  1.91    0.519
3883  2.01    0.603
3884  2.11    0.637
3885  2.22    0.645
3886  2.33    0.705
3887  2.45    0.917
3888  2.58    1.009
3889  2.71    0.971
3890  2.85    1.062
3891  3.00    1.148
3892  3.15    1.157
3893  3.32    1.354
3894 @end smallexample
3896 @noindent
3897 If you are reading this tutorial in printed form, you will find it
3898 easiest to press @kbd{M-# i} to enter the on-line Info version of
3899 the manual and find this table there.  (Press @kbd{g}, then type
3900 @kbd{List Tutorial}, to jump straight to this section.)
3902 Position the cursor at the upper-left corner of this table, just
3903 to the left of the @expr{1.34}.  Press @kbd{C-@@} to set the mark.
3904 (On your system this may be @kbd{C-2}, @kbd{C-@key{SPC}}, or @kbd{NUL}.)
3905 Now position the cursor to the lower-right, just after the @expr{1.354}.
3906 You have now defined this region as an Emacs ``rectangle.''  Still
3907 in the Info buffer, type @kbd{M-# r}.  This command
3908 (@code{calc-grab-rectangle}) will pop you back into the Calculator, with
3909 the contents of the rectangle you specified in the form of a matrix.
3911 @smallexample
3912 @group
3913 1:  [ [ 1.34, 0.234 ]
3914       [ 1.41, 0.298 ]
3915       @dots{}
3916 @end group
3917 @end smallexample
3919 @noindent
3920 (You may wish to use @kbd{v .} mode to abbreviate the display of this
3921 large matrix.)
3923 We want to treat this as a pair of lists.  The first step is to
3924 transpose this matrix into a pair of rows.  Remember, a matrix is
3925 just a vector of vectors.  So we can unpack the matrix into a pair
3926 of row vectors on the stack.
3928 @smallexample
3929 @group
3930 1:  [ [ 1.34,  1.41,  1.49,  ... ]     2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3931       [ 0.234, 0.298, 0.402, ... ] ]   1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3932     .                                      .
3934     v t                                    v u
3935 @end group
3936 @end smallexample
3938 @noindent
3939 Let's store these in quick variables 1 and 2, respectively.
3941 @smallexample
3942 @group
3943 1:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]        .
3944     .
3946     t 2                             t 1
3947 @end group
3948 @end smallexample
3950 @noindent
3951 (Recall that @kbd{t 2} is a variant of @kbd{s 2} that removes the
3952 stored value from the stack.)
3954 In a least squares fit, the slope @expr{m} is given by the formula
3956 @ifinfo
3957 @example
3958 m = (N sum(x y) - sum(x) sum(y)) / (N sum(x^2) - sum(x)^2)
3959 @end example
3960 @end ifinfo
3961 @tex
3962 \turnoffactive
3963 \beforedisplay
3964 $$ m = {N \sum x y - \sum x \sum y  \over
3965         N \sum x^2 - \left( \sum x \right)^2} $$
3966 \afterdisplay
3967 @end tex
3969 @noindent
3970 where 
3971 @texline @math{\sum x}
3972 @infoline @expr{sum(x)} 
3973 represents the sum of all the values of @expr{x}.  While there is an
3974 actual @code{sum} function in Calc, it's easier to sum a vector using a
3975 simple reduction.  First, let's compute the four different sums that
3976 this formula uses.
3978 @smallexample
3979 @group
3980 1:  41.63                 1:  98.0003
3981     .                         .
3983  r 1 V R +   t 3           r 1 2 V M ^ V R +   t 4
3985 @end group
3986 @end smallexample
3987 @noindent
3988 @smallexample
3989 @group
3990 1:  13.613                1:  33.36554
3991     .                         .
3993  r 2 V R +   t 5           r 1 r 2 V M * V R +   t 6
3994 @end group
3995 @end smallexample
3997 @ifinfo
3998 @noindent
3999 These are @samp{sum(x)}, @samp{sum(x^2)}, @samp{sum(y)}, and @samp{sum(x y)},
4000 respectively.  (We could have used @kbd{*} to compute @samp{sum(x^2)} and
4001 @samp{sum(x y)}.)
4002 @end ifinfo
4003 @tex
4004 \turnoffactive
4005 These are $\sum x$, $\sum x^2$, $\sum y$, and $\sum x y$,
4006 respectively.  (We could have used \kbd{*} to compute $\sum x^2$ and
4007 $\sum x y$.)
4008 @end tex
4010 Finally, we also need @expr{N}, the number of data points.  This is just
4011 the length of either of our lists.
4013 @smallexample
4014 @group
4015 1:  19
4016     .
4018  r 1 v l   t 7
4019 @end group
4020 @end smallexample
4022 @noindent
4023 (That's @kbd{v} followed by a lower-case @kbd{l}.)
4025 Now we grind through the formula:
4027 @smallexample
4028 @group
4029 1:  633.94526  2:  633.94526  1:  67.23607
4030     .          1:  566.70919      .
4031                    .
4033  r 7 r 6 *      r 3 r 5 *         -
4035 @end group
4036 @end smallexample
4037 @noindent
4038 @smallexample
4039 @group
4040 2:  67.23607   3:  67.23607   2:  67.23607   1:  0.52141679
4041 1:  1862.0057  2:  1862.0057  1:  128.9488       .
4042     .          1:  1733.0569      .
4043                    .
4045  r 7 r 4 *      r 3 2 ^           -              /   t 8
4046 @end group
4047 @end smallexample
4049 That gives us the slope @expr{m}.  The y-intercept @expr{b} can now
4050 be found with the simple formula,
4052 @ifinfo
4053 @example
4054 b = (sum(y) - m sum(x)) / N
4055 @end example
4056 @end ifinfo
4057 @tex
4058 \turnoffactive
4059 \beforedisplay
4060 $$ b = {\sum y - m \sum x \over N} $$
4061 \afterdisplay
4062 \vskip10pt
4063 @end tex
4065 @smallexample
4066 @group
4067 1:  13.613     2:  13.613     1:  -8.09358   1:  -0.425978
4068     .          1:  21.70658       .              .
4069                    .
4071    r 5            r 8 r 3 *       -              r 7 /   t 9
4072 @end group
4073 @end smallexample
4075 Let's ``plot'' this straight line approximation, 
4076 @texline @math{y \approx m x + b},
4077 @infoline @expr{m x + b}, 
4078 and compare it with the original data.
4080 @smallexample
4081 @group
4082 1:  [0.699, 0.735, ... ]    1:  [0.273, 0.309, ... ]
4083     .                           .
4085     r 1 r 8 *                   r 9 +    s 0
4086 @end group
4087 @end smallexample
4089 @noindent
4090 Notice that multiplying a vector by a constant, and adding a constant
4091 to a vector, can be done without mapping commands since these are
4092 common operations from vector algebra.  As far as Calc is concerned,
4093 we've just been doing geometry in 19-dimensional space!
4095 We can subtract this vector from our original @expr{y} vector to get
4096 a feel for the error of our fit.  Let's find the maximum error:
4098 @smallexample
4099 @group
4100 1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  0.0897
4101     .                            .                            .
4103     r 2 -                        V M A                        V R X
4104 @end group
4105 @end smallexample
4107 @noindent
4108 First we compute a vector of differences, then we take the absolute
4109 values of these differences, then we reduce the @code{max} function
4110 across the vector.  (The @code{max} function is on the two-key sequence
4111 @kbd{f x}; because it is so common to use @code{max} in a vector
4112 operation, the letters @kbd{X} and @kbd{N} are also accepted for
4113 @code{max} and @code{min} in this context.  In general, you answer
4114 the @kbd{V M} or @kbd{V R} prompt with the actual key sequence that
4115 invokes the function you want.  You could have typed @kbd{V R f x} or
4116 even @kbd{V R x max @key{RET}} if you had preferred.)
4118 If your system has the GNUPLOT program, you can see graphs of your
4119 data and your straight line to see how well they match.  (If you have
4120 GNUPLOT 3.0, the following instructions will work regardless of the
4121 kind of display you have.  Some GNUPLOT 2.0, non-X-windows systems
4122 may require additional steps to view the graphs.)
4124 Let's start by plotting the original data.  Recall the ``@var{x}'' and ``@var{y}''
4125 vectors onto the stack and press @kbd{g f}.  This ``fast'' graphing
4126 command does everything you need to do for simple, straightforward
4127 plotting of data.
4129 @smallexample
4130 @group
4131 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4132 1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
4133     .
4135     r 1 r 2    g f
4136 @end group
4137 @end smallexample
4139 If all goes well, you will shortly get a new window containing a graph
4140 of the data.  (If not, contact your GNUPLOT or Calc installer to find
4141 out what went wrong.)  In the X window system, this will be a separate
4142 graphics window.  For other kinds of displays, the default is to
4143 display the graph in Emacs itself using rough character graphics.
4144 Press @kbd{q} when you are done viewing the character graphics.
4146 Next, let's add the line we got from our least-squares fit.
4147 @ifinfo
4148 (If you are reading this tutorial on-line while running Calc, typing
4149 @kbd{g a} may cause the tutorial to disappear from its window and be
4150 replaced by a buffer named @samp{*Gnuplot Commands*}.  The tutorial
4151 will reappear when you terminate GNUPLOT by typing @kbd{g q}.) 
4152 @end ifinfo
4154 @smallexample
4155 @group
4156 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4157 1:  [0.273, 0.309, 0.351, ... ]
4158     .
4160     @key{DEL} r 0    g a  g p
4161 @end group
4162 @end smallexample
4164 It's not very useful to get symbols to mark the data points on this
4165 second curve; you can type @kbd{g S g p} to remove them.  Type @kbd{g q}
4166 when you are done to remove the X graphics window and terminate GNUPLOT.
4168 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  An earlier exercise showed how to do
4169 least squares fitting to a general system of equations.  Our 19 data
4170 points are really 19 equations of the form @expr{y_i = m x_i + b} for
4171 different pairs of @expr{(x_i,y_i)}.  Use the matrix-transpose method
4172 to solve for @expr{m} and @expr{b}, duplicating the above result.
4173 @xref{List Answer 2, 2}. (@bullet{})
4175 @cindex Geometric mean
4176 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  If the input data do not form a
4177 rectangle, you can use @w{@kbd{M-# g}} (@code{calc-grab-region})
4178 to grab the data the way Emacs normally works with regions---it reads
4179 left-to-right, top-to-bottom, treating line breaks the same as spaces.
4180 Use this command to find the geometric mean of the following numbers.
4181 (The geometric mean is the @var{n}th root of the product of @var{n} numbers.)
4183 @example
4184 2.3  6  22  15.1  7
4185   15  14  7.5
4186   2.5
4187 @end example
4189 @noindent
4190 The @kbd{M-# g} command accepts numbers separated by spaces or commas,
4191 with or without surrounding vector brackets.
4192 @xref{List Answer 3, 3}. (@bullet{})
4194 @ifinfo
4195 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4196 us that the alternating sum of binomial coefficients
4197 @var{n}-choose-0 minus @var{n}-choose-1 plus @var{n}-choose-2, and so
4198 on up to @var{n}-choose-@var{n},
4199 always comes out to zero.  Let's verify this
4200 for @expr{n=6}.
4201 @end ifinfo
4202 @tex
4203 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4204 us that the alternating sum of binomial coefficients
4205 ${n \choose 0} - {n \choose 1} + {n \choose 2} - \cdots \pm {n \choose n}$
4206 always comes out to zero.  Let's verify this
4207 for \cite{n=6}.
4208 @end tex
4210 @smallexample
4211 @group
4212 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]     1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
4213     .                             .
4215     v x 7 @key{RET}                     1 -
4217 @end group
4218 @end smallexample
4219 @noindent
4220 @smallexample
4221 @group
4222 1:  [1, -6, 15, -20, 15, -6, 1]          1:  0
4223     .                                        .
4225     V M ' (-1)^$ choose(6,$) @key{RET}             V R +
4226 @end group
4227 @end smallexample
4229 The @kbd{V M '} command prompts you to enter any algebraic expression
4230 to define the function to map over the vector.  The symbol @samp{$}
4231 inside this expression represents the argument to the function.
4232 The Calculator applies this formula to each element of the vector,
4233 substituting each element's value for the @samp{$} sign(s) in turn.
4235 To define a two-argument function, use @samp{$$} for the first
4236 argument and @samp{$} for the second:  @kbd{V M ' $$-$ @key{RET}} is
4237 equivalent to @kbd{V M -}.  This is analogous to regular algebraic
4238 entry, where @samp{$$} would refer to the next-to-top stack entry
4239 and @samp{$} would refer to the top stack entry, and @kbd{' $$-$ @key{RET}}
4240 would act exactly like @kbd{-}.
4242 Notice that the @kbd{V M '} command has recorded two things in the
4243 trail:  The result, as usual, and also a funny-looking thing marked
4244 @samp{oper} that represents the operator function you typed in.
4245 The function is enclosed in @samp{< >} brackets, and the argument is
4246 denoted by a @samp{#} sign.  If there were several arguments, they
4247 would be shown as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on.  (For example,
4248 @kbd{V M ' $$-$} will put the function @samp{<#1 - #2>} on the
4249 trail.)  This object is a ``nameless function''; you can use nameless
4250 @w{@samp{< >}} notation to answer the @kbd{V M '} prompt if you like.
4251 Nameless function notation has the interesting, occasionally useful
4252 property that a nameless function is not actually evaluated until
4253 it is used.  For example, @kbd{V M ' $+random(2.0)} evaluates
4254 @samp{random(2.0)} once and adds that random number to all elements
4255 of the vector, but @kbd{V M ' <#+random(2.0)>} evaluates the
4256 @samp{random(2.0)} separately for each vector element.
4258 Another group of operators that are often useful with @kbd{V M} are
4259 the relational operators:  @kbd{a =}, for example, compares two numbers
4260 and gives the result 1 if they are equal, or 0 if not.  Similarly,
4261 @w{@kbd{a <}} checks for one number being less than another.
4263 Other useful vector operations include @kbd{v v}, to reverse a
4264 vector end-for-end; @kbd{V S}, to sort the elements of a vector
4265 into increasing order; and @kbd{v r} and @w{@kbd{v c}}, to extract
4266 one row or column of a matrix, or (in both cases) to extract one
4267 element of a plain vector.  With a negative argument, @kbd{v r}
4268 and @kbd{v c} instead delete one row, column, or vector element.
4270 @cindex Divisor functions
4271 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The @expr{k}th @dfn{divisor function}
4272 @tex
4273 $\sigma_k(n)$
4274 @end tex
4275 is the sum of the @expr{k}th powers of all the divisors of an
4276 integer @expr{n}.  Figure out a method for computing the divisor
4277 function for reasonably small values of @expr{n}.  As a test,
4278 the 0th and 1st divisor functions of 30 are 8 and 72, respectively.
4279 @xref{List Answer 4, 4}. (@bullet{})
4281 @cindex Square-free numbers
4282 @cindex Duplicate values in a list
4283 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @kbd{k f} command produces a
4284 list of prime factors for a number.  Sometimes it is important to
4285 know that a number is @dfn{square-free}, i.e., that no prime occurs
4286 more than once in its list of prime factors.  Find a sequence of
4287 keystrokes to tell if a number is square-free; your method should
4288 leave 1 on the stack if it is, or 0 if it isn't.
4289 @xref{List Answer 5, 5}. (@bullet{})
4291 @cindex Triangular lists
4292 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Build a list of lists that looks
4293 like the following diagram.  (You may wish to use the @kbd{v /}
4294 command to enable multi-line display of vectors.)
4296 @smallexample
4297 @group
4298 1:  [ [1],
4299       [1, 2],
4300       [1, 2, 3],
4301       [1, 2, 3, 4],
4302       [1, 2, 3, 4, 5],
4303       [1, 2, 3, 4, 5, 6] ]
4304 @end group
4305 @end smallexample
4307 @noindent
4308 @xref{List Answer 6, 6}. (@bullet{})
4310 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Build the following list of lists.
4312 @smallexample
4313 @group
4314 1:  [ [0],
4315       [1, 2],
4316       [3, 4, 5],
4317       [6, 7, 8, 9],
4318       [10, 11, 12, 13, 14],
4319       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
4320 @end group
4321 @end smallexample
4323 @noindent
4324 @xref{List Answer 7, 7}. (@bullet{})
4326 @cindex Maximizing a function over a list of values
4327 @c [fix-ref Numerical Solutions]
4328 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  Compute a list of values of Bessel's
4329 @texline @math{J_1(x)}
4330 @infoline @expr{J1} 
4331 function @samp{besJ(1,x)} for @expr{x} from 0 to 5 in steps of 0.25.
4332 Find the value of @expr{x} (from among the above set of values) for
4333 which @samp{besJ(1,x)} is a maximum.  Use an ``automatic'' method,
4334 i.e., just reading along the list by hand to find the largest value
4335 is not allowed!  (There is an @kbd{a X} command which does this kind
4336 of thing automatically; @pxref{Numerical Solutions}.)
4337 @xref{List Answer 8, 8}. (@bullet{})
4339 @cindex Digits, vectors of
4340 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  You are given an integer in the range
4341 @texline @math{0 \le N < 10^m}
4342 @infoline @expr{0 <= N < 10^m} 
4343 for @expr{m=12} (i.e., an integer of less than
4344 twelve digits).  Convert this integer into a vector of @expr{m}
4345 digits, each in the range from 0 to 9.  In vector-of-digits notation,
4346 add one to this integer to produce a vector of @expr{m+1} digits
4347 (since there could be a carry out of the most significant digit).
4348 Convert this vector back into a regular integer.  A good integer
4349 to try is 25129925999.  @xref{List Answer 9, 9}. (@bullet{})
4351 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Your friend Joe tried to use
4352 @kbd{V R a =} to test if all numbers in a list were equal.  What
4353 happened?  How would you do this test?  @xref{List Answer 10, 10}. (@bullet{})
4355 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The area of a circle of radius one
4356 is @cpi{}.  The area of the 
4357 @texline @math{2\times2}
4358 @infoline 2x2
4359 square that encloses that circle is 4.  So if we throw @var{n} darts at
4360 random points in the square, about @cpiover{4} of them will land inside
4361 the circle.  This gives us an entertaining way to estimate the value of 
4362 @cpi{}.  The @w{@kbd{k r}}
4363 command picks a random number between zero and the value on the stack.
4364 We could get a random floating-point number between @mathit{-1} and 1 by typing
4365 @w{@kbd{2.0 k r 1 -}}.  Build a vector of 100 random @expr{(x,y)} points in
4366 this square, then use vector mapping and reduction to count how many
4367 points lie inside the unit circle.  Hint:  Use the @kbd{v b} command.
4368 @xref{List Answer 11, 11}. (@bullet{})
4370 @cindex Matchstick problem
4371 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  The @dfn{matchstick problem} provides
4372 another way to calculate @cpi{}.  Say you have an infinite field
4373 of vertical lines with a spacing of one inch.  Toss a one-inch matchstick
4374 onto the field.  The probability that the matchstick will land crossing
4375 a line turns out to be 
4376 @texline @math{2/\pi}.
4377 @infoline @expr{2/pi}.  
4378 Toss 100 matchsticks to estimate @cpi{}.  (If you want still more fun,
4379 the probability that the GCD (@w{@kbd{k g}}) of two large integers is
4380 one turns out to be 
4381 @texline @math{6/\pi^2}.
4382 @infoline @expr{6/pi^2}.
4383 That provides yet another way to estimate @cpi{}.)
4384 @xref{List Answer 12, 12}. (@bullet{})
4386 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  An algebraic entry of a string in
4387 double-quote marks, @samp{"hello"}, creates a vector of the numerical
4388 (ASCII) codes of the characters (here, @expr{[104, 101, 108, 108, 111]}).
4389 Sometimes it is convenient to compute a @dfn{hash code} of a string,
4390 which is just an integer that represents the value of that string.
4391 Two equal strings have the same hash code; two different strings
4392 @dfn{probably} have different hash codes.  (For example, Calc has
4393 over 400 function names, but Emacs can quickly find the definition for
4394 any given name because it has sorted the functions into ``buckets'' by
4395 their hash codes.  Sometimes a few names will hash into the same bucket,
4396 but it is easier to search among a few names than among all the names.)
4397 One popular hash function is computed as follows:  First set @expr{h = 0}.
4398 Then, for each character from the string in turn, set @expr{h = 3h + c_i}
4399 where @expr{c_i} is the character's ASCII code.  If we have 511 buckets,
4400 we then take the hash code modulo 511 to get the bucket number.  Develop a
4401 simple command or commands for converting string vectors into hash codes.
4402 The hash code for @samp{"Testing, 1, 2, 3"} is 1960915098, which modulo
4403 511 is 121.  @xref{List Answer 13, 13}. (@bullet{})
4405 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  The @kbd{H V R} and @kbd{H V U}
4406 commands do nested function evaluations.  @kbd{H V U} takes a starting
4407 value and a number of steps @var{n} from the stack; it then applies the
4408 function you give to the starting value 0, 1, 2, up to @var{n} times
4409 and returns a vector of the results.  Use this command to create a
4410 ``random walk'' of 50 steps.  Start with the two-dimensional point
4411 @expr{(0,0)}; then take one step a random distance between @mathit{-1} and 1
4412 in both @expr{x} and @expr{y}; then take another step, and so on.  Use the
4413 @kbd{g f} command to display this random walk.  Now modify your random
4414 walk to walk a unit distance, but in a random direction, at each step.
4415 (Hint:  The @code{sincos} function returns a vector of the cosine and
4416 sine of an angle.)  @xref{List Answer 14, 14}. (@bullet{})
4418 @node Types Tutorial, Algebra Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Tutorial
4419 @section Types Tutorial
4421 @noindent
4422 Calc understands a variety of data types as well as simple numbers.
4423 In this section, we'll experiment with each of these types in turn.
4425 The numbers we've been using so far have mainly been either @dfn{integers}
4426 or @dfn{floats}.  We saw that floats are usually a good approximation to
4427 the mathematical concept of real numbers, but they are only approximations
4428 and are susceptible to roundoff error.  Calc also supports @dfn{fractions},
4429 which can exactly represent any rational number.
4431 @smallexample
4432 @group
4433 1:  3628800    2:  3628800    1:  518400:7   1:  518414:7   1:  7:518414
4434     .          1:  49             .              .              .
4435                    .
4437     10 !           49 @key{RET}         :              2 +            &
4438 @end group
4439 @end smallexample
4441 @noindent
4442 The @kbd{:} command divides two integers to get a fraction; @kbd{/}
4443 would normally divide integers to get a floating-point result.
4444 Notice we had to type @key{RET} between the @kbd{49} and the @kbd{:}
4445 since the @kbd{:} would otherwise be interpreted as part of a
4446 fraction beginning with 49.
4448 You can convert between floating-point and fractional format using
4449 @kbd{c f} and @kbd{c F}:
4451 @smallexample
4452 @group
4453 1:  1.35027217629e-5    1:  7:518414
4454     .                       .
4456     c f                     c F
4457 @end group
4458 @end smallexample
4460 The @kbd{c F} command replaces a floating-point number with the
4461 ``simplest'' fraction whose floating-point representation is the
4462 same, to within the current precision.
4464 @smallexample
4465 @group
4466 1:  3.14159265359   1:  1146408:364913   1:  3.1416   1:  355:113
4467     .                   .                    .            .
4469     P                   c F      @key{DEL}       p 5 @key{RET} P      c F
4470 @end group
4471 @end smallexample
4473 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  A calculation has produced the
4474 result 1.26508260337.  You suspect it is the square root of the
4475 product of @cpi{} and some rational number.  Is it?  (Be sure
4476 to allow for roundoff error!)  @xref{Types Answer 1, 1}. (@bullet{})
4478 @dfn{Complex numbers} can be stored in both rectangular and polar form.
4480 @smallexample
4481 @group
4482 1:  -9     1:  (0, 3)    1:  (3; 90.)   1:  (6; 90.)   1:  (2.4495; 45.)
4483     .          .             .              .              .
4485     9 n        Q             c p            2 *            Q
4486 @end group
4487 @end smallexample
4489 @noindent
4490 The square root of @mathit{-9} is by default rendered in rectangular form
4491 (@w{@expr{0 + 3i}}), but we can convert it to polar form (3 with a
4492 phase angle of 90 degrees).  All the usual arithmetic and scientific
4493 operations are defined on both types of complex numbers.
4495 Another generalized kind of number is @dfn{infinity}.  Infinity
4496 isn't really a number, but it can sometimes be treated like one.
4497 Calc uses the symbol @code{inf} to represent positive infinity,
4498 i.e., a value greater than any real number.  Naturally, you can
4499 also write @samp{-inf} for minus infinity, a value less than any
4500 real number.  The word @code{inf} can only be input using
4501 algebraic entry.
4503 @smallexample
4504 @group
4505 2:  inf        2:  -inf       2:  -inf       2:  -inf       1:  nan
4506 1:  -17        1:  -inf       1:  -inf       1:  inf            .
4507     .              .              .              .
4509 ' inf @key{RET} 17 n     *  @key{RET}         72 +           A              +
4510 @end group
4511 @end smallexample
4513 @noindent
4514 Since infinity is infinitely large, multiplying it by any finite
4515 number (like @mathit{-17}) has no effect, except that since @mathit{-17}
4516 is negative, it changes a plus infinity to a minus infinity.
4517 (``A huge positive number, multiplied by @mathit{-17}, yields a huge
4518 negative number.'')  Adding any finite number to infinity also
4519 leaves it unchanged.  Taking an absolute value gives us plus
4520 infinity again.  Finally, we add this plus infinity to the minus
4521 infinity we had earlier.  If you work it out, you might expect
4522 the answer to be @mathit{-72} for this.  But the 72 has been completely
4523 lost next to the infinities; by the time we compute @w{@samp{inf - inf}}
4524 the finite difference between them, if any, is undetectable.
4525 So we say the result is @dfn{indeterminate}, which Calc writes
4526 with the symbol @code{nan} (for Not A Number).
4528 Dividing by zero is normally treated as an error, but you can get
4529 Calc to write an answer in terms of infinity by pressing @kbd{m i}
4530 to turn on Infinite mode.
4532 @smallexample
4533 @group
4534 3:  nan        2:  nan        2:  nan        2:  nan        1:  nan
4535 2:  1          1:  1 / 0      1:  uinf       1:  uinf           .
4536 1:  0              .              .              .
4537     .
4539   1 @key{RET} 0          /       m i    U /            17 n *         +
4540 @end group
4541 @end smallexample
4543 @noindent
4544 Dividing by zero normally is left unevaluated, but after @kbd{m i}
4545 it instead gives an infinite result.  The answer is actually
4546 @code{uinf}, ``undirected infinity.''  If you look at a graph of
4547 @expr{1 / x} around @w{@expr{x = 0}}, you'll see that it goes toward
4548 plus infinity as you approach zero from above, but toward minus
4549 infinity as you approach from below.  Since we said only @expr{1 / 0},
4550 Calc knows that the answer is infinite but not in which direction.
4551 That's what @code{uinf} means.  Notice that multiplying @code{uinf}
4552 by a negative number still leaves plain @code{uinf}; there's no
4553 point in saying @samp{-uinf} because the sign of @code{uinf} is
4554 unknown anyway.  Finally, we add @code{uinf} to our @code{nan},
4555 yielding @code{nan} again.  It's easy to see that, because
4556 @code{nan} means ``totally unknown'' while @code{uinf} means
4557 ``unknown sign but known to be infinite,'' the more mysterious
4558 @code{nan} wins out when it is combined with @code{uinf}, or, for
4559 that matter, with anything else.
4561 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Predict what Calc will answer
4562 for each of these formulas:  @samp{inf / inf}, @samp{exp(inf)},
4563 @samp{exp(-inf)}, @samp{sqrt(-inf)}, @samp{sqrt(uinf)},
4564 @samp{abs(uinf)}, @samp{ln(0)}.
4565 @xref{Types Answer 2, 2}. (@bullet{})
4567 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  We saw that @samp{inf - inf = nan},
4568 which stands for an unknown value.  Can @code{nan} stand for
4569 a complex number?  Can it stand for infinity?
4570 @xref{Types Answer 3, 3}. (@bullet{})
4572 @dfn{HMS forms} represent a value in terms of hours, minutes, and
4573 seconds.
4575 @smallexample
4576 @group
4577 1:  2@@ 30' 0"     1:  3@@ 30' 0"     2:  3@@ 30' 0"     1:  2.
4578     .                 .             1:  1@@ 45' 0."        .
4579                                         .
4581   2@@ 30' @key{RET}          1 +               @key{RET} 2 /           /
4582 @end group
4583 @end smallexample
4585 HMS forms can also be used to hold angles in degrees, minutes, and
4586 seconds.
4588 @smallexample
4589 @group
4590 1:  0.5        1:  26.56505   1:  26@@ 33' 54.18"    1:  0.44721
4591     .              .              .                     .
4593     0.5            I T            c h                   S
4594 @end group
4595 @end smallexample
4597 @noindent
4598 First we convert the inverse tangent of 0.5 to degrees-minutes-seconds
4599 form, then we take the sine of that angle.  Note that the trigonometric
4600 functions will accept HMS forms directly as input.
4602 @cindex Beatles
4603 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The Beatles' @emph{Abbey Road} is
4604 47 minutes and 26 seconds long, and contains 17 songs.  What is the
4605 average length of a song on @emph{Abbey Road}?  If the Extended Disco
4606 Version of @emph{Abbey Road} added 20 seconds to the length of each
4607 song, how long would the album be?  @xref{Types Answer 4, 4}. (@bullet{})
4609 A @dfn{date form} represents a date, or a date and time.  Dates must
4610 be entered using algebraic entry.  Date forms are surrounded by
4611 @samp{< >} symbols; most standard formats for dates are recognized.
4613 @smallexample
4614 @group
4615 2:  <Sun Jan 13, 1991>                    1:  2.25
4616 1:  <6:00pm Thu Jan 10, 1991>                 .
4617     .
4619 ' <13 Jan 1991>, <1/10/91, 6pm> @key{RET}           -
4620 @end group
4621 @end smallexample
4623 @noindent
4624 In this example, we enter two dates, then subtract to find the
4625 number of days between them.  It is also possible to add an
4626 HMS form or a number (of days) to a date form to get another
4627 date form.
4629 @smallexample
4630 @group
4631 1:  <4:45:59pm Mon Jan 14, 1991>     1:  <2:50:59am Thu Jan 17, 1991>
4632     .                                    .
4634     t N                                  2 + 10@@ 5' +
4635 @end group
4636 @end smallexample
4638 @c [fix-ref Date Arithmetic]
4639 @noindent
4640 The @kbd{t N} (``now'') command pushes the current date and time on the
4641 stack; then we add two days, ten hours and five minutes to the date and
4642 time.  Other date-and-time related commands include @kbd{t J}, which
4643 does Julian day conversions, @kbd{t W}, which finds the beginning of
4644 the week in which a date form lies, and @kbd{t I}, which increments a
4645 date by one or several months.  @xref{Date Arithmetic}, for more.
4647 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  How many days until the next
4648 Friday the 13th?  @xref{Types Answer 5, 5}. (@bullet{})
4650 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  How many leap years will there be
4651 between now and the year 10001 A.D.?  @xref{Types Answer 6, 6}. (@bullet{})
4653 @cindex Slope and angle of a line
4654 @cindex Angle and slope of a line
4655 An @dfn{error form} represents a mean value with an attached standard
4656 deviation, or error estimate.  Suppose our measurements indicate that
4657 a certain telephone pole is about 30 meters away, with an estimated
4658 error of 1 meter, and 8 meters tall, with an estimated error of 0.2
4659 meters.  What is the slope of a line from here to the top of the
4660 pole, and what is the equivalent angle in degrees?
4662 @smallexample
4663 @group
4664 1:  8 +/- 0.2    2:  8 +/- 0.2   1:  0.266 +/- 0.011   1:  14.93 +/- 0.594
4665     .            1:  30 +/- 1        .                     .
4666                      .
4668     8 p .2 @key{RET}       30 p 1          /                     I T
4669 @end group
4670 @end smallexample
4672 @noindent
4673 This means that the angle is about 15 degrees, and, assuming our
4674 original error estimates were valid standard deviations, there is about
4675 a 60% chance that the result is correct within 0.59 degrees.
4677 @cindex Torus, volume of
4678 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  The volume of a torus (a donut shape) is
4679 @texline @math{2 \pi^2 R r^2}
4680 @infoline @w{@expr{2 pi^2 R r^2}} 
4681 where @expr{R} is the radius of the circle that
4682 defines the center of the tube and @expr{r} is the radius of the tube
4683 itself.  Suppose @expr{R} is 20 cm and @expr{r} is 4 cm, each known to
4684 within 5 percent.  What is the volume and the relative uncertainty of
4685 the volume?  @xref{Types Answer 7, 7}. (@bullet{})
4687 An @dfn{interval form} represents a range of values.  While an
4688 error form is best for making statistical estimates, intervals give
4689 you exact bounds on an answer.  Suppose we additionally know that
4690 our telephone pole is definitely between 28 and 31 meters away,
4691 and that it is between 7.7 and 8.1 meters tall.
4693 @smallexample
4694 @group
4695 1:  [7.7 .. 8.1]  2:  [7.7 .. 8.1]  1:  [0.24 .. 0.28]  1:  [13.9 .. 16.1]
4696     .             1:  [28 .. 31]        .                   .
4697                       .
4699   [ 7.7 .. 8.1 ]    [ 28 .. 31 ]        /                   I T
4700 @end group
4701 @end smallexample
4703 @noindent
4704 If our bounds were correct, then the angle to the top of the pole
4705 is sure to lie in the range shown.
4707 The square brackets around these intervals indicate that the endpoints
4708 themselves are allowable values.  In other words, the distance to the
4709 telephone pole is between 28 and 31, @emph{inclusive}.  You can also
4710 make an interval that is exclusive of its endpoints by writing
4711 parentheses instead of square brackets.  You can even make an interval
4712 which is inclusive (``closed'') on one end and exclusive (``open'') on
4713 the other.
4715 @smallexample
4716 @group
4717 1:  [1 .. 10)    1:  (0.1 .. 1]   2:  (0.1 .. 1]   1:  (0.2 .. 3)
4718     .                .            1:  [2 .. 3)         .
4719                                       .
4721   [ 1 .. 10 )        &              [ 2 .. 3 )         *
4722 @end group
4723 @end smallexample
4725 @noindent
4726 The Calculator automatically keeps track of which end values should
4727 be open and which should be closed.  You can also make infinite or
4728 semi-infinite intervals by using @samp{-inf} or @samp{inf} for one
4729 or both endpoints.
4731 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  What answer would you expect from
4732 @samp{@w{1 /} @w{(0 .. 10)}}?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 0)}}?  What
4733 about @samp{@w{1 /} @w{[0 .. 10]}} (where the interval actually includes
4734 zero)?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 10)}}?
4735 @xref{Types Answer 8, 8}. (@bullet{})
4737 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  Two easy ways of squaring a number
4738 are @kbd{@key{RET} *} and @w{@kbd{2 ^}}.  Normally these produce the same
4739 answer.  Would you expect this still to hold true for interval forms?
4740 If not, which of these will result in a larger interval?
4741 @xref{Types Answer 9, 9}. (@bullet{})
4743 A @dfn{modulo form} is used for performing arithmetic modulo @var{m}.
4744 For example, arithmetic involving time is generally done modulo 12
4745 or 24 hours.
4747 @smallexample
4748 @group
4749 1:  17 mod 24    1:  3 mod 24     1:  21 mod 24    1:  9 mod 24
4750     .                .                .                .
4752     17 M 24 @key{RET}      10 +             n                5 /
4753 @end group
4754 @end smallexample
4756 @noindent
4757 In this last step, Calc has divided by 5 modulo 24; i.e., it has found a
4758 new number which, when multiplied by 5 modulo 24, produces the original
4759 number, 21.  If @var{m} is prime and the divisor is not a multiple of
4760 @var{m}, it is always possible to find such a number.  For non-prime
4761 @var{m} like 24, it is only sometimes possible. 
4763 @smallexample
4764 @group
4765 1:  10 mod 24    1:  16 mod 24    1:  1000000...   1:  16
4766     .                .                .                .
4768     10 M 24 @key{RET}      100 ^            10 @key{RET} 100 ^     24 %
4769 @end group
4770 @end smallexample
4772 @noindent
4773 These two calculations get the same answer, but the first one is
4774 much more efficient because it avoids the huge intermediate value
4775 that arises in the second one.
4777 @cindex Fermat, primality test of
4778 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  A theorem of Pierre de Fermat
4779 says that 
4780 @texline @w{@math{x^{n-1} \bmod n = 1}}
4781 @infoline @expr{x^(n-1) mod n = 1}
4782 if @expr{n} is a prime number and @expr{x} is an integer less than
4783 @expr{n}.  If @expr{n} is @emph{not} a prime number, this will
4784 @emph{not} be true for most values of @expr{x}.  Thus we can test
4785 informally if a number is prime by trying this formula for several
4786 values of @expr{x}.  Use this test to tell whether the following numbers
4787 are prime: 811749613, 15485863.  @xref{Types Answer 10, 10}. (@bullet{})
4789 It is possible to use HMS forms as parts of error forms, intervals,
4790 modulo forms, or as the phase part of a polar complex number.
4791 For example, the @code{calc-time} command pushes the current time
4792 of day on the stack as an HMS/modulo form.
4794 @smallexample
4795 @group
4796 1:  17@@ 34' 45" mod 24@@ 0' 0"     1:  6@@ 22' 15" mod 24@@ 0' 0"
4797     .                                 .
4799     x time @key{RET}                        n
4800 @end group
4801 @end smallexample
4803 @noindent
4804 This calculation tells me it is six hours and 22 minutes until midnight.
4806 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  A rule of thumb is that one year
4807 is about 
4808 @texline @math{\pi \times 10^7}
4809 @infoline @w{@expr{pi * 10^7}} 
4810 seconds.  What time will it be that many seconds from right now?
4811 @xref{Types Answer 11, 11}. (@bullet{})
4813 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  You are preparing to order packaging
4814 for the CD release of the Extended Disco Version of @emph{Abbey Road}.
4815 You are told that the songs will actually be anywhere from 20 to 60
4816 seconds longer than the originals.  One CD can hold about 75 minutes
4817 of music.  Should you order single or double packages?
4818 @xref{Types Answer 12, 12}. (@bullet{})
4820 Another kind of data the Calculator can manipulate is numbers with
4821 @dfn{units}.  This isn't strictly a new data type; it's simply an
4822 application of algebraic expressions, where we use variables with
4823 suggestive names like @samp{cm} and @samp{in} to represent units
4824 like centimeters and inches.
4826 @smallexample
4827 @group
4828 1:  2 in        1:  5.08 cm      1:  0.027778 fath   1:  0.0508 m
4829     .               .                .                   .
4831     ' 2in @key{RET}       u c cm @key{RET}       u c fath @key{RET}        u b
4832 @end group
4833 @end smallexample
4835 @noindent
4836 We enter the quantity ``2 inches'' (actually an algebraic expression
4837 which means two times the variable @samp{in}), then we convert it
4838 first to centimeters, then to fathoms, then finally to ``base'' units,
4839 which in this case means meters.
4841 @smallexample
4842 @group
4843 1:  9 acre     1:  3 sqrt(acre)   1:  190.84 m   1:  190.84 m + 30 cm
4844     .              .                  .              .
4846  ' 9 acre @key{RET}      Q                  u s            ' $+30 cm @key{RET}
4848 @end group
4849 @end smallexample
4850 @noindent
4851 @smallexample
4852 @group
4853 1:  191.14 m     1:  36536.3046 m^2    1:  365363046 cm^2
4854     .                .                     .
4856     u s              2 ^                   u c cgs
4857 @end group
4858 @end smallexample
4860 @noindent
4861 Since units expressions are really just formulas, taking the square
4862 root of @samp{acre} is undefined.  After all, @code{acre} might be an
4863 algebraic variable that you will someday assign a value.  We use the
4864 ``units-simplify'' command to simplify the expression with variables
4865 being interpreted as unit names.
4867 In the final step, we have converted not to a particular unit, but to a
4868 units system.  The ``cgs'' system uses centimeters instead of meters
4869 as its standard unit of length.
4871 There is a wide variety of units defined in the Calculator.
4873 @smallexample
4874 @group
4875 1:  55 mph     1:  88.5139 kph   1:   88.5139 km / hr   1:  8.201407e-8 c
4876     .              .                  .                     .
4878  ' 55 mph @key{RET}      u c kph @key{RET}        u c km/hr @key{RET}         u c c @key{RET}
4879 @end group
4880 @end smallexample
4882 @noindent
4883 We express a speed first in miles per hour, then in kilometers per
4884 hour, then again using a slightly more explicit notation, then
4885 finally in terms of fractions of the speed of light.
4887 Temperature conversions are a bit more tricky.  There are two ways to
4888 interpret ``20 degrees Fahrenheit''---it could mean an actual
4889 temperature, or it could mean a change in temperature.  For normal
4890 units there is no difference, but temperature units have an offset
4891 as well as a scale factor and so there must be two explicit commands
4892 for them.
4894 @smallexample
4895 @group
4896 1:  20 degF       1:  11.1111 degC     1:  -20:3 degC    1:  -6.666 degC
4897     .                 .                    .                 .
4899   ' 20 degF @key{RET}       u c degC @key{RET}         U u t degC @key{RET}    c f
4900 @end group
4901 @end smallexample
4903 @noindent
4904 First we convert a change of 20 degrees Fahrenheit into an equivalent
4905 change in degrees Celsius (or Centigrade).  Then, we convert the
4906 absolute temperature 20 degrees Fahrenheit into Celsius.  Since
4907 this comes out as an exact fraction, we then convert to floating-point
4908 for easier comparison with the other result.
4910 For simple unit conversions, you can put a plain number on the stack.
4911 Then @kbd{u c} and @kbd{u t} will prompt for both old and new units.
4912 When you use this method, you're responsible for remembering which
4913 numbers are in which units:
4915 @smallexample
4916 @group
4917 1:  55         1:  88.5139              1:  8.201407e-8
4918     .              .                        .
4920     55             u c mph @key{RET} kph @key{RET}      u c km/hr @key{RET} c @key{RET}
4921 @end group
4922 @end smallexample
4924 To see a complete list of built-in units, type @kbd{u v}.  Press
4925 @w{@kbd{M-# c}} again to re-enter the Calculator when you're done looking
4926 at the units table.
4928 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  How many seconds are there really
4929 in a year?  @xref{Types Answer 13, 13}. (@bullet{})
4931 @cindex Speed of light
4932 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  Supercomputer designs are limited by
4933 the speed of light (and of electricity, which is nearly as fast).
4934 Suppose a computer has a 4.1 ns (nanosecond) clock cycle, and its
4935 cabinet is one meter across.  Is speed of light going to be a
4936 significant factor in its design?  @xref{Types Answer 14, 14}. (@bullet{})
4938 (@bullet{}) @strong{Exercise 15.}  Sam the Slug normally travels about
4939 five yards in an hour.  He has obtained a supply of Power Pills; each
4940 Power Pill he eats doubles his speed.  How many Power Pills can he
4941 swallow and still travel legally on most US highways?
4942 @xref{Types Answer 15, 15}. (@bullet{})
4944 @node Algebra Tutorial, Programming Tutorial, Types Tutorial, Tutorial
4945 @section Algebra and Calculus Tutorial
4947 @noindent
4948 This section shows how to use Calc's algebra facilities to solve
4949 equations, do simple calculus problems, and manipulate algebraic
4950 formulas.
4952 @menu
4953 * Basic Algebra Tutorial::
4954 * Rewrites Tutorial::
4955 @end menu
4957 @node Basic Algebra Tutorial, Rewrites Tutorial, Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
4958 @subsection Basic Algebra
4960 @noindent
4961 If you enter a formula in Algebraic mode that refers to variables,
4962 the formula itself is pushed onto the stack.  You can manipulate
4963 formulas as regular data objects.
4965 @smallexample
4966 @group
4967 1:  2 x^2 - 6       1:  6 - 2 x^2       1:  (6 - 2 x^2) (3 x^2 + y)
4968     .                   .                   .
4970     ' 2x^2-6 @key{RET}        n                   ' 3x^2+y @key{RET} *
4971 @end group
4972 @end smallexample
4974 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Do @kbd{' x @key{RET} Q 2 ^} and
4975 @kbd{' x @key{RET} 2 ^ Q} both wind up with the same result (@samp{x})?
4976 Why or why not?  @xref{Algebra Answer 1, 1}. (@bullet{})
4978 There are also commands for doing common algebraic operations on
4979 formulas.  Continuing with the formula from the last example,
4981 @smallexample
4982 @group
4983 1:  18 x^2 + 6 y - 6 x^4 - 2 x^2 y    1:  (18 - 2 y) x^2 - 6 x^4 + 6 y
4984     .                                     .
4986     a x                                   a c x @key{RET}
4987 @end group
4988 @end smallexample
4990 @noindent
4991 First we ``expand'' using the distributive law, then we ``collect''
4992 terms involving like powers of @expr{x}.
4994 Let's find the value of this expression when @expr{x} is 2 and @expr{y}
4995 is one-half.
4997 @smallexample
4998 @group
4999 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  -25
5000     .                           .
5002     1:2 s l y @key{RET}               2 s l x @key{RET}
5003 @end group
5004 @end smallexample
5006 @noindent
5007 The @kbd{s l} command means ``let''; it takes a number from the top of
5008 the stack and temporarily assigns it as the value of the variable
5009 you specify.  It then evaluates (as if by the @kbd{=} key) the
5010 next expression on the stack.  After this command, the variable goes
5011 back to its original value, if any.
5013 (An earlier exercise in this tutorial involved storing a value in the
5014 variable @code{x}; if this value is still there, you will have to
5015 unstore it with @kbd{s u x @key{RET}} before the above example will work
5016 properly.)
5018 @cindex Maximum of a function using Calculus
5019 Let's find the maximum value of our original expression when @expr{y}
5020 is one-half and @expr{x} ranges over all possible values.  We can
5021 do this by taking the derivative with respect to @expr{x} and examining
5022 values of @expr{x} for which the derivative is zero.  If the second
5023 derivative of the function at that value of @expr{x} is negative,
5024 the function has a local maximum there.
5026 @smallexample
5027 @group
5028 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  34 x - 24 x^3
5029     .                           .
5031     U @key{DEL}  s 1                  a d x @key{RET}   s 2
5032 @end group
5033 @end smallexample
5035 @noindent
5036 Well, the derivative is clearly zero when @expr{x} is zero.  To find
5037 the other root(s), let's divide through by @expr{x} and then solve:
5039 @smallexample
5040 @group
5041 1:  (34 x - 24 x^3) / x    1:  34 x / x - 24 x^3 / x    1:  34 - 24 x^2
5042     .                          .                            .
5044     ' x @key{RET} /                  a x                          a s
5046 @end group
5047 @end smallexample
5048 @noindent
5049 @smallexample
5050 @group
5051 1:  34 - 24 x^2 = 0        1:  x = 1.19023
5052     .                          .
5054     0 a =  s 3                 a S x @key{RET}
5055 @end group
5056 @end smallexample
5058 @noindent
5059 Notice the use of @kbd{a s} to ``simplify'' the formula.  When the
5060 default algebraic simplifications don't do enough, you can use
5061 @kbd{a s} to tell Calc to spend more time on the job.
5063 Now we compute the second derivative and plug in our values of @expr{x}:
5065 @smallexample
5066 @group
5067 1:  1.19023        2:  1.19023         2:  1.19023
5068     .              1:  34 x - 24 x^3   1:  34 - 72 x^2
5069                        .                   .
5071     a .                r 2                 a d x @key{RET} s 4
5072 @end group
5073 @end smallexample
5075 @noindent
5076 (The @kbd{a .} command extracts just the righthand side of an equation.
5077 Another method would have been to use @kbd{v u} to unpack the equation
5078 @w{@samp{x = 1.19}} to @samp{x} and @samp{1.19}, then use @kbd{M-- M-2 @key{DEL}}
5079 to delete the @samp{x}.)
5081 @smallexample
5082 @group
5083 2:  34 - 72 x^2   1:  -68.         2:  34 - 72 x^2     1:  34
5084 1:  1.19023           .            1:  0                   .
5085     .                                  .
5087     @key{TAB}               s l x @key{RET}        U @key{DEL} 0             s l x @key{RET}
5088 @end group
5089 @end smallexample
5091 @noindent
5092 The first of these second derivatives is negative, so we know the function
5093 has a maximum value at @expr{x = 1.19023}.  (The function also has a
5094 local @emph{minimum} at @expr{x = 0}.)
5096 When we solved for @expr{x}, we got only one value even though
5097 @expr{34 - 24 x^2 = 0} is a quadratic equation that ought to have
5098 two solutions.  The reason is that @w{@kbd{a S}} normally returns a
5099 single ``principal'' solution.  If it needs to come up with an
5100 arbitrary sign (as occurs in the quadratic formula) it picks @expr{+}.
5101 If it needs an arbitrary integer, it picks zero.  We can get a full
5102 solution by pressing @kbd{H} (the Hyperbolic flag) before @kbd{a S}.
5104 @smallexample
5105 @group
5106 1:  34 - 24 x^2 = 0    1:  x = 1.19023 s1      1:  x = -1.19023
5107     .                      .                       .
5109     r 3                    H a S x @key{RET}  s 5        1 n  s l s1 @key{RET}
5110 @end group
5111 @end smallexample
5113 @noindent
5114 Calc has invented the variable @samp{s1} to represent an unknown sign;
5115 it is supposed to be either @mathit{+1} or @mathit{-1}.  Here we have used
5116 the ``let'' command to evaluate the expression when the sign is negative.
5117 If we plugged this into our second derivative we would get the same,
5118 negative, answer, so @expr{x = -1.19023} is also a maximum.
5120 To find the actual maximum value, we must plug our two values of @expr{x}
5121 into the original formula.
5123 @smallexample
5124 @group
5125 2:  17 x^2 - 6 x^4 + 3    1:  24.08333 s1^2 - 12.04166 s1^4 + 3
5126 1:  x = 1.19023 s1            .
5127     .
5129     r 1 r 5                   s l @key{RET}
5130 @end group
5131 @end smallexample
5133 @noindent
5134 (Here we see another way to use @kbd{s l}; if its input is an equation
5135 with a variable on the lefthand side, then @kbd{s l} treats the equation
5136 like an assignment to that variable if you don't give a variable name.)
5138 It's clear that this will have the same value for either sign of
5139 @code{s1}, but let's work it out anyway, just for the exercise:
5141 @smallexample
5142 @group
5143 2:  [-1, 1]              1:  [15.04166, 15.04166]
5144 1:  24.08333 s1^2 ...        .
5145     .
5147   [ 1 n , 1 ] @key{TAB}            V M $ @key{RET}
5148 @end group
5149 @end smallexample
5151 @noindent
5152 Here we have used a vector mapping operation to evaluate the function
5153 at several values of @samp{s1} at once.  @kbd{V M $} is like @kbd{V M '}
5154 except that it takes the formula from the top of the stack.  The
5155 formula is interpreted as a function to apply across the vector at the
5156 next-to-top stack level.  Since a formula on the stack can't contain
5157 @samp{$} signs, Calc assumes the variables in the formula stand for
5158 different arguments.  It prompts you for an @dfn{argument list}, giving
5159 the list of all variables in the formula in alphabetical order as the
5160 default list.  In this case the default is @samp{(s1)}, which is just
5161 what we want so we simply press @key{RET} at the prompt.
5163 If there had been several different values, we could have used
5164 @w{@kbd{V R X}} to find the global maximum.
5166 Calc has a built-in @kbd{a P} command that solves an equation using
5167 @w{@kbd{H a S}} and returns a vector of all the solutions.  It simply
5168 automates the job we just did by hand.  Applied to our original
5169 cubic polynomial, it would produce the vector of solutions
5170 @expr{[1.19023, -1.19023, 0]}.  (There is also an @kbd{a X} command
5171 which finds a local maximum of a function.  It uses a numerical search
5172 method rather than examining the derivatives, and thus requires you
5173 to provide some kind of initial guess to show it where to look.)
5175 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Given a vector of the roots of a
5176 polynomial (such as the output of an @kbd{a P} command), what
5177 sequence of commands would you use to reconstruct the original
5178 polynomial?  (The answer will be unique to within a constant
5179 multiple; choose the solution where the leading coefficient is one.)
5180 @xref{Algebra Answer 2, 2}. (@bullet{})
5182 The @kbd{m s} command enables Symbolic mode, in which formulas
5183 like @samp{sqrt(5)} that can't be evaluated exactly are left in
5184 symbolic form rather than giving a floating-point approximate answer.
5185 Fraction mode (@kbd{m f}) is also useful when doing algebra.
5187 @smallexample
5188 @group
5189 2:  34 x - 24 x^3        2:  34 x - 24 x^3
5190 1:  34 x - 24 x^3        1:  [sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0]
5191     .                        .
5193     r 2  @key{RET}     m s  m f    a P x @key{RET}
5194 @end group
5195 @end smallexample
5197 One more mode that makes reading formulas easier is Big mode.
5199 @smallexample
5200 @group
5201                3
5202 2:  34 x - 24 x
5204       ____   ____
5205      V 51   V 51
5206 1:  [-----, -----, 0]
5207        6     -6
5209     .
5211     d B
5212 @end group
5213 @end smallexample
5215 Here things like powers, square roots, and quotients and fractions
5216 are displayed in a two-dimensional pictorial form.  Calc has other
5217 language modes as well, such as C mode, FORTRAN mode, @TeX{} mode
5218 and La@TeX{} mode.
5220 @smallexample
5221 @group
5222 2:  34*x - 24*pow(x, 3)               2:  34*x - 24*x**3
5223 1:  @{sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0@}  1:  /sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0/
5224     .                                     .
5226     d C                                   d F
5228 @end group
5229 @end smallexample
5230 @noindent
5231 @smallexample
5232 @group
5233 3:  34 x - 24 x^3
5234 2:  [@{\sqrt@{51@} \over 6@}, @{\sqrt@{51@} \over -6@}, 0]
5235 1:  @{2 \over 3@} \sqrt@{5@}
5236     .
5238     d T   ' 2 \sqrt@{5@} \over 3 @key{RET}
5239 @end group
5240 @end smallexample
5242 @noindent
5243 As you can see, language modes affect both entry and display of
5244 formulas.  They affect such things as the names used for built-in
5245 functions, the set of arithmetic operators and their precedences,
5246 and notations for vectors and matrices.
5248 Notice that @samp{sqrt(51)} may cause problems with older
5249 implementations of C and FORTRAN, which would require something more
5250 like @samp{sqrt(51.0)}.  It is always wise to check over the formulas
5251 produced by the various language modes to make sure they are fully
5252 correct.
5254 Type @kbd{m s}, @kbd{m f}, and @kbd{d N} to reset these modes.  (You
5255 may prefer to remain in Big mode, but all the examples in the tutorial
5256 are shown in normal mode.)
5258 @cindex Area under a curve
5259 What is the area under the portion of this curve from @expr{x = 1} to @expr{2}?
5260 This is simply the integral of the function:
5262 @smallexample
5263 @group
5264 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3     1:  5.6666 x^3 - 1.2 x^5 + 3 x
5265     .                          .
5267     r 1                        a i x
5268 @end group
5269 @end smallexample
5271 @noindent
5272 We want to evaluate this at our two values for @expr{x} and subtract.
5273 One way to do it is again with vector mapping and reduction:
5275 @smallexample
5276 @group
5277 2:  [2, 1]            1:  [12.93333, 7.46666]    1:  5.46666
5278 1:  5.6666 x^3 ...        .                          .
5280    [ 2 , 1 ] @key{TAB}          V M $ @key{RET}                  V R -
5281 @end group
5282 @end smallexample
5284 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Find the integral from 1 to @expr{y}
5285 of 
5286 @texline @math{x \sin \pi x}
5287 @infoline @w{@expr{x sin(pi x)}} 
5288 (where the sine is calculated in radians).  Find the values of the
5289 integral for integers @expr{y} from 1 to 5.  @xref{Algebra Answer 3,
5290 3}. (@bullet{})
5292 Calc's integrator can do many simple integrals symbolically, but many
5293 others are beyond its capabilities.  Suppose we wish to find the area
5294 under the curve 
5295 @texline @math{\sin x \ln x}
5296 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5297 over the same range of @expr{x}.  If you entered this formula and typed
5298 @kbd{a i x @key{RET}} (don't bother to try this), Calc would work for a
5299 long time but would be unable to find a solution.  In fact, there is no
5300 closed-form solution to this integral.  Now what do we do?
5302 @cindex Integration, numerical
5303 @cindex Numerical integration
5304 One approach would be to do the integral numerically.  It is not hard
5305 to do this by hand using vector mapping and reduction.  It is rather
5306 slow, though, since the sine and logarithm functions take a long time.
5307 We can save some time by reducing the working precision.
5309 @smallexample
5310 @group
5311 3:  10                  1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9]
5312 2:  1                       .
5313 1:  0.1
5314     .
5316  10 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}        C-u v x
5317 @end group
5318 @end smallexample
5320 @noindent
5321 (Note that we have used the extended version of @kbd{v x}; we could
5322 also have used plain @kbd{v x} as follows:  @kbd{v x 10 @key{RET} 9 + .1 *}.)
5324 @smallexample
5325 @group
5326 2:  [1, 1.1, ... ]              1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
5327 1:  sin(x) ln(x)                    .
5328     .
5330     ' sin(x) ln(x) @key{RET}  s 1    m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
5332 @end group
5333 @end smallexample
5334 @noindent
5335 @smallexample
5336 @group
5337 1:  3.4195     0.34195
5338     .          .
5340     V R +      0.1 *
5341 @end group
5342 @end smallexample
5344 @noindent
5345 (If you got wildly different results, did you remember to switch
5346 to Radians mode?)
5348 Here we have divided the curve into ten segments of equal width;
5349 approximating these segments as rectangular boxes (i.e., assuming
5350 the curve is nearly flat at that resolution), we compute the areas
5351 of the boxes (height times width), then sum the areas.  (It is
5352 faster to sum first, then multiply by the width, since the width
5353 is the same for every box.)
5355 The true value of this integral turns out to be about 0.374, so
5356 we're not doing too well.  Let's try another approach.
5358 @smallexample
5359 @group
5360 1:  sin(x) ln(x)    1:  0.84147 x - 0.84147 + 0.11957 (x - 1)^2 - ...
5361     .                   .
5363     r 1                 a t x=1 @key{RET} 4 @key{RET}
5364 @end group
5365 @end smallexample
5367 @noindent
5368 Here we have computed the Taylor series expansion of the function
5369 about the point @expr{x=1}.  We can now integrate this polynomial
5370 approximation, since polynomials are easy to integrate.
5372 @smallexample
5373 @group
5374 1:  0.42074 x^2 + ...    1:  [-0.0446, -0.42073]      1:  0.3761
5375     .                        .                            .
5377     a i x @key{RET}            [ 2 , 1 ] @key{TAB}  V M $ @key{RET}         V R -
5378 @end group
5379 @end smallexample
5381 @noindent
5382 Better!  By increasing the precision and/or asking for more terms
5383 in the Taylor series, we can get a result as accurate as we like.
5384 (Taylor series converge better away from singularities in the
5385 function such as the one at @code{ln(0)}, so it would also help to
5386 expand the series about the points @expr{x=2} or @expr{x=1.5} instead
5387 of @expr{x=1}.)
5389 @cindex Simpson's rule
5390 @cindex Integration by Simpson's rule
5391 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Our first method approximated the
5392 curve by stairsteps of width 0.1; the total area was then the sum
5393 of the areas of the rectangles under these stairsteps.  Our second
5394 method approximated the function by a polynomial, which turned out
5395 to be a better approximation than stairsteps.  A third method is
5396 @dfn{Simpson's rule}, which is like the stairstep method except
5397 that the steps are not required to be flat.  Simpson's rule boils
5398 down to the formula,
5400 @ifinfo
5401 @example
5402 (h/3) * (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + ...
5403               + 2 f(a+(n-2)*h) + 4 f(a+(n-1)*h) + f(a+n*h))
5404 @end example
5405 @end ifinfo
5406 @tex
5407 \turnoffactive
5408 \beforedisplay
5409 $$ \displaylines{
5410       \qquad {h \over 3} (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + \cdots
5411    \hfill \cr \hfill    {} + 2 f(a+(n-2)h) + 4 f(a+(n-1)h) + f(a+n h)) \qquad
5412 } $$
5413 \afterdisplay
5414 @end tex
5416 @noindent
5417 where @expr{n} (which must be even) is the number of slices and @expr{h}
5418 is the width of each slice.  These are 10 and 0.1 in our example.
5419 For reference, here is the corresponding formula for the stairstep
5420 method:
5422 @ifinfo
5423 @example
5424 h * (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + ...
5425           + f(a+(n-2)*h) + f(a+(n-1)*h))
5426 @end example
5427 @end ifinfo
5428 @tex
5429 \turnoffactive
5430 \beforedisplay
5431 $$ h (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + \cdots
5432            + f(a+(n-2)h) + f(a+(n-1)h)) $$
5433 \afterdisplay
5434 @end tex
5436 Compute the integral from 1 to 2 of 
5437 @texline @math{\sin x \ln x}
5438 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5439 using Simpson's rule with 10 slices.  
5440 @xref{Algebra Answer 4, 4}. (@bullet{})
5442 Calc has a built-in @kbd{a I} command for doing numerical integration.
5443 It uses @dfn{Romberg's method}, which is a more sophisticated cousin
5444 of Simpson's rule.  In particular, it knows how to keep refining the
5445 result until the current precision is satisfied.
5447 @c [fix-ref Selecting Sub-Formulas]
5448 Aside from the commands we've seen so far, Calc also provides a
5449 large set of commands for operating on parts of formulas.  You
5450 indicate the desired sub-formula by placing the cursor on any part
5451 of the formula before giving a @dfn{selection} command.  Selections won't
5452 be covered in the tutorial; @pxref{Selecting Subformulas}, for
5453 details and examples.
5455 @c hard exercise: simplify (2^(n r) - 2^(r*(n - 1))) / (2^r - 1) 2^(n - 1)
5456 @c                to 2^((n-1)*(r-1)).
5458 @node Rewrites Tutorial, , Basic Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5459 @subsection Rewrite Rules
5461 @noindent
5462 No matter how many built-in commands Calc provided for doing algebra,
5463 there would always be something you wanted to do that Calc didn't have
5464 in its repertoire.  So Calc also provides a @dfn{rewrite rule} system
5465 that you can use to define your own algebraic manipulations.
5467 Suppose we want to simplify this trigonometric formula:
5469 @smallexample
5470 @group
5471 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)
5472     .
5474     ' 1/cos(x) - sin(x) tan(x) @key{RET}   s 1
5475 @end group
5476 @end smallexample
5478 @noindent
5479 If we were simplifying this by hand, we'd probably replace the
5480 @samp{tan} with a @samp{sin/cos} first, then combine over a common
5481 denominator.  There is no Calc command to do the former; the @kbd{a n}
5482 algebra command will do the latter but we'll do both with rewrite
5483 rules just for practice.
5485 Rewrite rules are written with the @samp{:=} symbol.
5487 @smallexample
5488 @group
5489 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)
5490     .
5492     a r tan(a) := sin(a)/cos(a) @key{RET}
5493 @end group
5494 @end smallexample
5496 @noindent
5497 (The ``assignment operator'' @samp{:=} has several uses in Calc.  All
5498 by itself the formula @samp{tan(a) := sin(a)/cos(a)} doesn't do anything,
5499 but when it is given to the @kbd{a r} command, that command interprets
5500 it as a rewrite rule.)
5502 The lefthand side, @samp{tan(a)}, is called the @dfn{pattern} of the
5503 rewrite rule.  Calc searches the formula on the stack for parts that
5504 match the pattern.  Variables in a rewrite pattern are called
5505 @dfn{meta-variables}, and when matching the pattern each meta-variable
5506 can match any sub-formula.  Here, the meta-variable @samp{a} matched
5507 the actual variable @samp{x}.
5509 When the pattern part of a rewrite rule matches a part of the formula,
5510 that part is replaced by the righthand side with all the meta-variables
5511 substituted with the things they matched.  So the result is
5512 @samp{sin(x) / cos(x)}.  Calc's normal algebraic simplifications then
5513 mix this in with the rest of the original formula.
5515 To merge over a common denominator, we can use another simple rule:
5517 @smallexample
5518 @group
5519 1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5520     .
5522     a r a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}
5523 @end group
5524 @end smallexample
5526 This rule points out several interesting features of rewrite patterns.
5527 First, if a meta-variable appears several times in a pattern, it must
5528 match the same thing everywhere.  This rule detects common denominators
5529 because the same meta-variable @samp{x} is used in both of the
5530 denominators.
5532 Second, meta-variable names are independent from variables in the
5533 target formula.  Notice that the meta-variable @samp{x} here matches
5534 the subformula @samp{cos(x)}; Calc never confuses the two meanings of
5535 @samp{x}.
5537 And third, rewrite patterns know a little bit about the algebraic
5538 properties of formulas.  The pattern called for a sum of two quotients;
5539 Calc was able to match a difference of two quotients by matching
5540 @samp{a = 1}, @samp{b = -sin(x)^2}, and @samp{x = cos(x)}.
5542 @c [fix-ref Algebraic Properties of Rewrite Rules]
5543 We could just as easily have written @samp{a/x - b/x := (a-b)/x} for
5544 the rule.  It would have worked just the same in all cases.  (If we
5545 really wanted the rule to apply only to @samp{+} or only to @samp{-},
5546 we could have used the @code{plain} symbol.  @xref{Algebraic Properties
5547 of Rewrite Rules}, for some examples of this.)
5549 One more rewrite will complete the job.  We want to use the identity
5550 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}, but of course we must first rearrange
5551 the identity in a way that matches our formula.  The obvious rule
5552 would be @samp{@w{1 - sin(x)^2} := cos(x)^2}, but a little thought shows
5553 that the rule @samp{sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2} will also work.  The
5554 latter rule has a more general pattern so it will work in many other
5555 situations, too.
5557 @smallexample
5558 @group
5559 1:  (1 + cos(x)^2 - 1) / cos(x)           1:  cos(x)
5560     .                                         .
5562     a r sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}          a s
5563 @end group
5564 @end smallexample
5566 You may ask, what's the point of using the most general rule if you
5567 have to type it in every time anyway?  The answer is that Calc allows
5568 you to store a rewrite rule in a variable, then give the variable
5569 name in the @kbd{a r} command.  In fact, this is the preferred way to
5570 use rewrites.  For one, if you need a rule once you'll most likely
5571 need it again later.  Also, if the rule doesn't work quite right you
5572 can simply Undo, edit the variable, and run the rule again without
5573 having to retype it.
5575 @smallexample
5576 @group
5577 ' tan(x) := sin(x)/cos(x) @key{RET}      s t tsc @key{RET}
5578 ' a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}         s t merge @key{RET}
5579 ' sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}     s t sinsqr @key{RET}
5581 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)     1:  cos(x)
5582     .                                  .
5584     r 1                a r tsc @key{RET}  a r merge @key{RET}  a r sinsqr @key{RET}  a s
5585 @end group
5586 @end smallexample
5588 To edit a variable, type @kbd{s e} and the variable name, use regular
5589 Emacs editing commands as necessary, then type @kbd{C-c C-c} to store
5590 the edited value back into the variable. 
5591 You can also use @w{@kbd{s e}} to create a new variable if you wish.
5593 Notice that the first time you use each rule, Calc puts up a ``compiling''
5594 message briefly.  The pattern matcher converts rules into a special
5595 optimized pattern-matching language rather than using them directly.
5596 This allows @kbd{a r} to apply even rather complicated rules very
5597 efficiently.  If the rule is stored in a variable, Calc compiles it
5598 only once and stores the compiled form along with the variable.  That's
5599 another good reason to store your rules in variables rather than
5600 entering them on the fly.
5602 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Type @kbd{m s} to get Symbolic
5603 mode, then enter the formula @samp{@w{(2 + sqrt(2))} / @w{(1 + sqrt(2))}}.
5604 Using a rewrite rule, simplify this formula by multiplying both
5605 sides by the conjugate @w{@samp{1 - sqrt(2)}}.  The result will have
5606 to be expanded by the distributive law; do this with another
5607 rewrite.  @xref{Rewrites Answer 1, 1}. (@bullet{})
5609 The @kbd{a r} command can also accept a vector of rewrite rules, or
5610 a variable containing a vector of rules.
5612 @smallexample
5613 @group
5614 1:  [tsc, merge, sinsqr]          1:  [tan(x) := sin(x) / cos(x), ... ]
5615     .                                 .
5617     ' [tsc,merge,sinsqr] @key{RET}          =
5619 @end group
5620 @end smallexample
5621 @noindent
5622 @smallexample
5623 @group
5624 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)    1:  cos(x)
5625     .                                 .
5627     s t trig @key{RET}  r 1                 a r trig @key{RET}  a s
5628 @end group
5629 @end smallexample
5631 @c [fix-ref Nested Formulas with Rewrite Rules]
5632 Calc tries all the rules you give against all parts of the formula,
5633 repeating until no further change is possible.  (The exact order in
5634 which things are tried is rather complex, but for simple rules like
5635 the ones we've used here the order doesn't really matter.
5636 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.)
5638 Calc actually repeats only up to 100 times, just in case your rule set
5639 has gotten into an infinite loop.  You can give a numeric prefix argument
5640 to @kbd{a r} to specify any limit.  In particular, @kbd{M-1 a r} does
5641 only one rewrite at a time.
5643 @smallexample
5644 @group
5645 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)    1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5646     .                                     .
5648     r 1  M-1 a r trig @key{RET}                 M-1 a r trig @key{RET}
5649 @end group
5650 @end smallexample
5652 You can type @kbd{M-0 a r} if you want no limit at all on the number
5653 of rewrites that occur.
5655 Rewrite rules can also be @dfn{conditional}.  Simply follow the rule
5656 with a @samp{::} symbol and the desired condition.  For example,
5658 @smallexample
5659 @group
5660 1:  exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i)
5661     .
5663     ' exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i) @key{RET}
5665 @end group
5666 @end smallexample
5667 @noindent
5668 @smallexample
5669 @group
5670 1:  1 + exp(3 pi i) + 1
5671     .
5673     a r exp(k pi i) := 1 :: k % 2 = 0 @key{RET}
5674 @end group
5675 @end smallexample
5677 @noindent
5678 (Recall, @samp{k % 2} is the remainder from dividing @samp{k} by 2,
5679 which will be zero only when @samp{k} is an even integer.)
5681 An interesting point is that the variables @samp{pi} and @samp{i}
5682 were matched literally rather than acting as meta-variables.
5683 This is because they are special-constant variables.  The special
5684 constants @samp{e}, @samp{phi}, and so on also match literally.
5685 A common error with rewrite
5686 rules is to write, say, @samp{f(a,b,c,d,e) := g(a+b+c+d+e)}, expecting
5687 to match any @samp{f} with five arguments but in fact matching
5688 only when the fifth argument is literally @samp{e}!
5690 @cindex Fibonacci numbers
5691 @ignore
5692 @starindex
5693 @end ignore
5694 @tindex fib
5695 Rewrite rules provide an interesting way to define your own functions.
5696 Suppose we want to define @samp{fib(n)} to produce the @var{n}th
5697 Fibonacci number.  The first two Fibonacci numbers are each 1;
5698 later numbers are formed by summing the two preceding numbers in
5699 the sequence.  This is easy to express in a set of three rules:
5701 @smallexample
5702 @group
5703 ' [fib(1) := 1, fib(2) := 1, fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2)] @key{RET}  s t fib
5705 1:  fib(7)               1:  13
5706     .                        .
5708     ' fib(7) @key{RET}             a r fib @key{RET}
5709 @end group
5710 @end smallexample
5712 One thing that is guaranteed about the order that rewrites are tried
5713 is that, for any given subformula, earlier rules in the rule set will
5714 be tried for that subformula before later ones.  So even though the
5715 first and third rules both match @samp{fib(1)}, we know the first will
5716 be used preferentially.
5718 This rule set has one dangerous bug:  Suppose we apply it to the
5719 formula @samp{fib(x)}?  (Don't actually try this.)  The third rule
5720 will match @samp{fib(x)} and replace it with @w{@samp{fib(x-1) + fib(x-2)}}.
5721 Each of these will then be replaced to get @samp{fib(x-2) + 2 fib(x-3) +
5722 fib(x-4)}, and so on, expanding forever.  What we really want is to apply
5723 the third rule only when @samp{n} is an integer greater than two.  Type
5724 @w{@kbd{s e fib @key{RET}}}, then edit the third rule to:
5726 @smallexample
5727 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2
5728 @end smallexample
5730 @noindent
5731 Now:
5733 @smallexample
5734 @group
5735 1:  fib(6) + fib(x) + fib(0)      1:  8 + fib(x) + fib(0)
5736     .                                 .
5738     ' fib(6)+fib(x)+fib(0) @key{RET}        a r fib @key{RET}
5739 @end group
5740 @end smallexample
5742 @noindent
5743 We've created a new function, @code{fib}, and a new command,
5744 @w{@kbd{a r fib @key{RET}}}, which means ``evaluate all @code{fib} calls in
5745 this formula.''  To make things easier still, we can tell Calc to
5746 apply these rules automatically by storing them in the special
5747 variable @code{EvalRules}.
5749 @smallexample
5750 @group
5751 1:  [fib(1) := ...]    .                1:  [8, 13]
5752     .                                       .
5754     s r fib @key{RET}        s t EvalRules @key{RET}    ' [fib(6), fib(7)] @key{RET}
5755 @end group
5756 @end smallexample
5758 It turns out that this rule set has the problem that it does far
5759 more work than it needs to when @samp{n} is large.  Consider the
5760 first few steps of the computation of @samp{fib(6)}:
5762 @smallexample
5763 @group
5764 fib(6) =
5765 fib(5)              +               fib(4) =
5766 fib(4)     +      fib(3)     +      fib(3)     +      fib(2) =
5767 fib(3) + fib(2) + fib(2) + fib(1) + fib(2) + fib(1) + 1 = ...
5768 @end group
5769 @end smallexample
5771 @noindent
5772 Note that @samp{fib(3)} appears three times here.  Unless Calc's
5773 algebraic simplifier notices the multiple @samp{fib(3)}s and combines
5774 them (and, as it happens, it doesn't), this rule set does lots of
5775 needless recomputation.  To cure the problem, type @code{s e EvalRules}
5776 to edit the rules (or just @kbd{s E}, a shorthand command for editing
5777 @code{EvalRules}) and add another condition:
5779 @smallexample
5780 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2 :: remember
5781 @end smallexample
5783 @noindent
5784 If a @samp{:: remember} condition appears anywhere in a rule, then if
5785 that rule succeeds Calc will add another rule that describes that match
5786 to the front of the rule set.  (Remembering works in any rule set, but
5787 for technical reasons it is most effective in @code{EvalRules}.)  For
5788 example, if the rule rewrites @samp{fib(7)} to something that evaluates
5789 to 13, then the rule @samp{fib(7) := 13} will be added to the rule set.
5791 Type @kbd{' fib(8) @key{RET}} to compute the eighth Fibonacci number, then
5792 type @kbd{s E} again to see what has happened to the rule set.
5794 With the @code{remember} feature, our rule set can now compute
5795 @samp{fib(@var{n})} in just @var{n} steps.  In the process it builds
5796 up a table of all Fibonacci numbers up to @var{n}.  After we have
5797 computed the result for a particular @var{n}, we can get it back
5798 (and the results for all smaller @var{n}) later in just one step.
5800 All Calc operations will run somewhat slower whenever @code{EvalRules}
5801 contains any rules.  You should type @kbd{s u EvalRules @key{RET}} now to
5802 un-store the variable.
5804 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Sometimes it is possible to reformulate
5805 a problem to reduce the amount of recursion necessary to solve it.
5806 Create a rule that, in about @var{n} simple steps and without recourse
5807 to the @code{remember} option, replaces @samp{fib(@var{n}, 1, 1)} with
5808 @samp{fib(1, @var{x}, @var{y})} where @var{x} and @var{y} are the
5809 @var{n}th and @var{n+1}st Fibonacci numbers, respectively.  This rule is
5810 rather clunky to use, so add a couple more rules to make the ``user
5811 interface'' the same as for our first version: enter @samp{fib(@var{n})},
5812 get back a plain number.  @xref{Rewrites Answer 2, 2}. (@bullet{})
5814 There are many more things that rewrites can do.  For example, there
5815 are @samp{&&&} and @samp{|||} pattern operators that create ``and''
5816 and ``or'' combinations of rules.  As one really simple example, we
5817 could combine our first two Fibonacci rules thusly:
5819 @example
5820 [fib(1 ||| 2) := 1, fib(n) := ... ]
5821 @end example
5823 @noindent
5824 That means ``@code{fib} of something matching either 1 or 2 rewrites
5825 to 1.''
5827 You can also make meta-variables optional by enclosing them in @code{opt}.
5828 For example, the pattern @samp{a + b x} matches @samp{2 + 3 x} but not
5829 @samp{2 + x} or @samp{3 x} or @samp{x}.  The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x}
5830 matches all of these forms, filling in a default of zero for @samp{a}
5831 and one for @samp{b}.
5833 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe had @samp{2 + 3 x}
5834 on the stack and tried to use the rule
5835 @samp{opt(a) + opt(b) x := f(a, b, x)}.  What happened?
5836 @xref{Rewrites Answer 3, 3}. (@bullet{})
5838 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Starting with a positive integer @expr{a},
5839 divide @expr{a} by two if it is even, otherwise compute @expr{3 a + 1}.
5840 Now repeat this step over and over.  A famous unproved conjecture
5841 is that for any starting @expr{a}, the sequence always eventually
5842 reaches 1.  Given the formula @samp{seq(@var{a}, 0)}, write a set of
5843 rules that convert this into @samp{seq(1, @var{n})} where @var{n}
5844 is the number of steps it took the sequence to reach the value 1.
5845 Now enhance the rules to accept @samp{seq(@var{a})} as a starting
5846 configuration, and to stop with just the number @var{n} by itself.
5847 Now make the result be a vector of values in the sequence, from @var{a}
5848 to 1.  (The formula @samp{@var{x}|@var{y}} appends the vectors @var{x}
5849 and @var{y}.)  For example, rewriting @samp{seq(6)} should yield the
5850 vector @expr{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
5851 @xref{Rewrites Answer 4, 4}. (@bullet{})
5853 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  Define, using rewrite rules, a function
5854 @samp{nterms(@var{x})} that returns the number of terms in the sum
5855 @var{x}, or 1 if @var{x} is not a sum.  (A @dfn{sum} for our purposes
5856 is one or more non-sum terms separated by @samp{+} or @samp{-} signs,
5857 so that @expr{2 - 3 (x + y) + x y} is a sum of three terms.)
5858 @xref{Rewrites Answer 5, 5}. (@bullet{})
5860 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  A Taylor series for a function is an
5861 infinite series that exactly equals the value of that function at
5862 values of @expr{x} near zero.
5864 @ifinfo
5865 @example
5866 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + x^4 / 4! - x^6 / 6! + ...
5867 @end example
5868 @end ifinfo
5869 @tex
5870 \turnoffactive
5871 \beforedisplay
5872 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + {x^4 \over 4!} - {x^6 \over 6!} + \cdots $$
5873 \afterdisplay
5874 @end tex
5876 The @kbd{a t} command produces a @dfn{truncated Taylor series} which
5877 is obtained by dropping all the terms higher than, say, @expr{x^2}.
5878 Calc represents the truncated Taylor series as a polynomial in @expr{x}.
5879 Mathematicians often write a truncated series using a ``big-O'' notation
5880 that records what was the lowest term that was truncated.
5882 @ifinfo
5883 @example
5884 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + O(x^3)
5885 @end example
5886 @end ifinfo
5887 @tex
5888 \turnoffactive
5889 \beforedisplay
5890 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + O(x^3) $$
5891 \afterdisplay
5892 @end tex
5894 @noindent
5895 The meaning of @expr{O(x^3)} is ``a quantity which is negligibly small
5896 if @expr{x^3} is considered negligibly small as @expr{x} goes to zero.''
5898 The exercise is to create rewrite rules that simplify sums and products of
5899 power series represented as @samp{@var{polynomial} + O(@var{var}^@var{n})}.
5900 For example, given @samp{1 - x^2 / 2 + O(x^3)} and @samp{x - x^3 / 6 + O(x^4)}
5901 on the stack, we want to be able to type @kbd{*} and get the result
5902 @samp{x - 2:3 x^3 + O(x^4)}.  Don't worry if the terms of the sum are
5903 rearranged or if @kbd{a s} needs to be typed after rewriting.  (This one
5904 is rather tricky; the solution at the end of this chapter uses 6 rewrite
5905 rules.  Hint:  The @samp{constant(x)} condition tests whether @samp{x} is
5906 a number.)  @xref{Rewrites Answer 6, 6}. (@bullet{})
5908 Just for kicks, try adding the rule @code{2+3 := 6} to @code{EvalRules}.
5909 What happens?  (Be sure to remove this rule afterward, or you might get
5910 a nasty surprise when you use Calc to balance your checkbook!)
5912 @xref{Rewrite Rules}, for the whole story on rewrite rules.
5914 @node Programming Tutorial, Answers to Exercises, Algebra Tutorial, Tutorial
5915 @section Programming Tutorial
5917 @noindent
5918 The Calculator is written entirely in Emacs Lisp, a highly extensible
5919 language.  If you know Lisp, you can program the Calculator to do
5920 anything you like.  Rewrite rules also work as a powerful programming
5921 system.  But Lisp and rewrite rules take a while to master, and often
5922 all you want to do is define a new function or repeat a command a few
5923 times.  Calc has features that allow you to do these things easily.
5925 One very limited form of programming is defining your own functions.
5926 Calc's @kbd{Z F} command allows you to define a function name and
5927 key sequence to correspond to any formula.  Programming commands use
5928 the shift-@kbd{Z} prefix; the user commands they create use the lower
5929 case @kbd{z} prefix.
5931 @smallexample
5932 @group
5933 1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6         1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6
5934     .                                     .
5936     ' 1 + x + x^2/2! + x^3/3! @key{RET}         Z F e myexp @key{RET} @key{RET} @key{RET} y
5937 @end group
5938 @end smallexample
5940 This polynomial is a Taylor series approximation to @samp{exp(x)}.
5941 The @kbd{Z F} command asks a number of questions.  The above answers
5942 say that the key sequence for our function should be @kbd{z e}; the
5943 @kbd{M-x} equivalent should be @code{calc-myexp}; the name of the
5944 function in algebraic formulas should also be @code{myexp}; the
5945 default argument list @samp{(x)} is acceptable; and finally @kbd{y}
5946 answers the question ``leave it in symbolic form for non-constant
5947 arguments?''
5949 @smallexample
5950 @group
5951 1:  1.3495     2:  1.3495     3:  1.3495
5952     .          1:  1.34986    2:  1.34986
5953                    .          1:  myexp(a + 1)
5954                                   .
5956     .3 z e         .3 E           ' a+1 @key{RET} z e
5957 @end group
5958 @end smallexample
5960 @noindent
5961 First we call our new @code{exp} approximation with 0.3 as an
5962 argument, and compare it with the true @code{exp} function.  Then
5963 we note that, as requested, if we try to give @kbd{z e} an
5964 argument that isn't a plain number, it leaves the @code{myexp}
5965 function call in symbolic form.  If we had answered @kbd{n} to the
5966 final question, @samp{myexp(a + 1)} would have evaluated by plugging
5967 in @samp{a + 1} for @samp{x} in the defining formula.
5969 @cindex Sine integral Si(x)
5970 @ignore
5971 @starindex
5972 @end ignore
5973 @tindex Si
5974 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The ``sine integral'' function
5975 @texline @math{{\rm Si}(x)}
5976 @infoline @expr{Si(x)} 
5977 is defined as the integral of @samp{sin(t)/t} for
5978 @expr{t = 0} to @expr{x} in radians.  (It was invented because this
5979 integral has no solution in terms of basic functions; if you give it
5980 to Calc's @kbd{a i} command, it will ponder it for a long time and then
5981 give up.)  We can use the numerical integration command, however,
5982 which in algebraic notation is written like @samp{ninteg(f(t), t, 0, x)}
5983 with any integrand @samp{f(t)}.  Define a @kbd{z s} command and
5984 @code{Si} function that implement this.  You will need to edit the
5985 default argument list a bit.  As a test, @samp{Si(1)} should return
5986 0.946083. (If you don't get this answer, you might want to check that
5987 Calc is in Radians mode.  Also, @code{ninteg} will run a lot faster if
5988 you reduce the precision to, say, six digits beforehand.)
5989 @xref{Programming Answer 1, 1}. (@bullet{})
5991 The simplest way to do real ``programming'' of Emacs is to define a
5992 @dfn{keyboard macro}.  A keyboard macro is simply a sequence of
5993 keystrokes which Emacs has stored away and can play back on demand.
5994 For example, if you find yourself typing @kbd{H a S x @key{RET}} often,
5995 you may wish to program a keyboard macro to type this for you.
5997 @smallexample
5998 @group
5999 1:  y = sqrt(x)          1:  x = y^2
6000     .                        .
6002     ' y=sqrt(x) @key{RET}       C-x ( H a S x @key{RET} C-x )
6004 1:  y = cos(x)           1:  x = s1 arccos(y) + 2 pi n1
6005     .                        .
6007     ' y=cos(x) @key{RET}           X
6008 @end group
6009 @end smallexample
6011 @noindent
6012 When you type @kbd{C-x (}, Emacs begins recording.  But it is also
6013 still ready to execute your keystrokes, so you're really ``training''
6014 Emacs by walking it through the procedure once.  When you type
6015 @w{@kbd{C-x )}}, the macro is recorded.  You can now type @kbd{X} to
6016 re-execute the same keystrokes.
6018 You can give a name to your macro by typing @kbd{Z K}.
6020 @smallexample
6021 @group
6022 1:  .              1:  y = x^4         1:  x = s2 sqrt(s1 sqrt(y))
6023                        .                   .
6025   Z K x @key{RET}            ' y=x^4 @key{RET}         z x
6026 @end group
6027 @end smallexample
6029 @noindent
6030 Notice that we use shift-@kbd{Z} to define the command, and lower-case
6031 @kbd{z} to call it up.
6033 Keyboard macros can call other macros.
6035 @smallexample
6036 @group
6037 1:  abs(x)        1:  x = s1 y                1:  2 / x    1:  x = 2 / y
6038     .                 .                           .            .
6040  ' abs(x) @key{RET}   C-x ( ' y @key{RET} a = z x C-x )    ' 2/x @key{RET}       X
6041 @end group
6042 @end smallexample
6044 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Define a keyboard macro to negate
6045 the item in level 3 of the stack, without disturbing the rest of
6046 the stack.  @xref{Programming Answer 2, 2}. (@bullet{})
6048 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Define keyboard macros to compute
6049 the following functions:
6051 @enumerate
6052 @item
6053 Compute 
6054 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}},
6055 @infoline @expr{sin(x) / x}, 
6056 where @expr{x} is the number on the top of the stack.
6058 @item
6059 Compute the base-@expr{b} logarithm, just like the @kbd{B} key except
6060 the arguments are taken in the opposite order.
6062 @item
6063 Produce a vector of integers from 1 to the integer on the top of
6064 the stack.
6065 @end enumerate
6066 @noindent
6067 @xref{Programming Answer 3, 3}. (@bullet{})
6069 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Define a keyboard macro to compute
6070 the average (mean) value of a list of numbers.
6071 @xref{Programming Answer 4, 4}. (@bullet{})
6073 In many programs, some of the steps must execute several times.
6074 Calc has @dfn{looping} commands that allow this.  Loops are useful
6075 inside keyboard macros, but actually work at any time.
6077 @smallexample
6078 @group
6079 1:  x^6          2:  x^6        1: 360 x^2
6080     .            1:  4             .
6081                      .
6083   ' x^6 @key{RET}          4         Z < a d x @key{RET} Z >
6084 @end group
6085 @end smallexample
6087 @noindent
6088 Here we have computed the fourth derivative of @expr{x^6} by
6089 enclosing a derivative command in a ``repeat loop'' structure.
6090 This structure pops a repeat count from the stack, then
6091 executes the body of the loop that many times.
6093 If you make a mistake while entering the body of the loop,
6094 type @w{@kbd{Z C-g}} to cancel the loop command.
6096 @cindex Fibonacci numbers
6097 Here's another example:
6099 @smallexample
6100 @group
6101 3:  1               2:  10946
6102 2:  1               1:  17711
6103 1:  20                  .
6104     .
6106 1 @key{RET} @key{RET} 20       Z < @key{TAB} C-j + Z >
6107 @end group
6108 @end smallexample
6110 @noindent
6111 The numbers in levels 2 and 1 should be the 21st and 22nd Fibonacci
6112 numbers, respectively.  (To see what's going on, try a few repetitions
6113 of the loop body by hand; @kbd{C-j}, also on the Line-Feed or @key{LFD}
6114 key if you have one, makes a copy of the number in level 2.)
6116 @cindex Golden ratio
6117 @cindex Phi, golden ratio
6118 A fascinating property of the Fibonacci numbers is that the @expr{n}th
6119 Fibonacci number can be found directly by computing 
6120 @texline @math{\phi^n / \sqrt{5}}
6121 @infoline @expr{phi^n / sqrt(5)}
6122 and then rounding to the nearest integer, where 
6123 @texline @math{\phi} (``phi''),
6124 @infoline @expr{phi}, 
6125 the ``golden ratio,'' is 
6126 @texline @math{(1 + \sqrt{5}) / 2}.
6127 @infoline @expr{(1 + sqrt(5)) / 2}. 
6128 (For convenience, this constant is available from the @code{phi}
6129 variable, or the @kbd{I H P} command.)
6131 @smallexample
6132 @group
6133 1:  1.61803         1:  24476.0000409    1:  10945.9999817    1:  10946
6134     .                   .                    .                    .
6136     I H P               21 ^                 5 Q /                R
6137 @end group
6138 @end smallexample
6140 @cindex Continued fractions
6141 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @dfn{continued fraction}
6142 representation of 
6143 @texline @math{\phi}
6144 @infoline @expr{phi} 
6145 is 
6146 @texline @math{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( \ldots )))}.
6147 @infoline @expr{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( ...@: )))}.
6148 We can compute an approximate value by carrying this however far
6149 and then replacing the innermost 
6150 @texline @math{1/( \ldots )}
6151 @infoline @expr{1/( ...@: )} 
6152 by 1.  Approximate
6153 @texline @math{\phi}
6154 @infoline @expr{phi} 
6155 using a twenty-term continued fraction.
6156 @xref{Programming Answer 5, 5}. (@bullet{})
6158 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Linear recurrences like the one for
6159 Fibonacci numbers can be expressed in terms of matrices.  Given a
6160 vector @w{@expr{[a, b]}} determine a matrix which, when multiplied by this
6161 vector, produces the vector @expr{[b, c]}, where @expr{a}, @expr{b} and
6162 @expr{c} are three successive Fibonacci numbers.  Now write a program
6163 that, given an integer @expr{n}, computes the @expr{n}th Fibonacci number
6164 using matrix arithmetic.  @xref{Programming Answer 6, 6}. (@bullet{})
6166 @cindex Harmonic numbers
6167 A more sophisticated kind of loop is the @dfn{for} loop.  Suppose
6168 we wish to compute the 20th ``harmonic'' number, which is equal to
6169 the sum of the reciprocals of the integers from 1 to 20.
6171 @smallexample
6172 @group
6173 3:  0               1:  3.597739
6174 2:  1                   .
6175 1:  20
6176     .
6178 0 @key{RET} 1 @key{RET} 20         Z ( & + 1 Z )
6179 @end group
6180 @end smallexample
6182 @noindent
6183 The ``for'' loop pops two numbers, the lower and upper limits, then
6184 repeats the body of the loop as an internal counter increases from
6185 the lower limit to the upper one.  Just before executing the loop
6186 body, it pushes the current loop counter.  When the loop body
6187 finishes, it pops the ``step,'' i.e., the amount by which to
6188 increment the loop counter.  As you can see, our loop always
6189 uses a step of one.
6191 This harmonic number function uses the stack to hold the running
6192 total as well as for the various loop housekeeping functions.  If
6193 you find this disorienting, you can sum in a variable instead:
6195 @smallexample
6196 @group
6197 1:  0         2:  1                  .            1:  3.597739
6198     .         1:  20                                  .
6199                   .
6201     0 t 7       1 @key{RET} 20      Z ( & s + 7 1 Z )       r 7
6202 @end group
6203 @end smallexample
6205 @noindent
6206 The @kbd{s +} command adds the top-of-stack into the value in a
6207 variable (and removes that value from the stack).
6209 It's worth noting that many jobs that call for a ``for'' loop can
6210 also be done more easily by Calc's high-level operations.  Two
6211 other ways to compute harmonic numbers are to use vector mapping
6212 and reduction (@kbd{v x 20}, then @w{@kbd{V M &}}, then @kbd{V R +}),
6213 or to use the summation command @kbd{a +}.  Both of these are
6214 probably easier than using loops.  However, there are some
6215 situations where loops really are the way to go:
6217 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Use a ``for'' loop to find the first
6218 harmonic number which is greater than 4.0.
6219 @xref{Programming Answer 7, 7}. (@bullet{})
6221 Of course, if we're going to be using variables in our programs,
6222 we have to worry about the programs clobbering values that the
6223 caller was keeping in those same variables.  This is easy to
6224 fix, though:
6226 @smallexample
6227 @group
6228     .        1:  0.6667       1:  0.6667     3:  0.6667
6229                  .                .          2:  3.597739
6230                                              1:  0.6667
6231                                                  .
6233    Z `    p 4 @key{RET} 2 @key{RET} 3 /   s 7 s s a @key{RET}    Z '  r 7 s r a @key{RET}
6234 @end group
6235 @end smallexample
6237 @noindent
6238 When we type @kbd{Z `} (that's a back-quote character), Calc saves
6239 its mode settings and the contents of the ten ``quick variables''
6240 for later reference.  When we type @kbd{Z '} (that's an apostrophe
6241 now), Calc restores those saved values.  Thus the @kbd{p 4} and
6242 @kbd{s 7} commands have no effect outside this sequence.  Wrapping
6243 this around the body of a keyboard macro ensures that it doesn't
6244 interfere with what the user of the macro was doing.  Notice that
6245 the contents of the stack, and the values of named variables,
6246 survive past the @kbd{Z '} command.
6248 @cindex Bernoulli numbers, approximate
6249 The @dfn{Bernoulli numbers} are a sequence with the interesting
6250 property that all of the odd Bernoulli numbers are zero, and the
6251 even ones, while difficult to compute, can be roughly approximated
6252 by the formula 
6253 @texline @math{\displaystyle{2 n! \over (2 \pi)^n}}.
6254 @infoline @expr{2 n!@: / (2 pi)^n}.  
6255 Let's write a keyboard macro to compute (approximate) Bernoulli numbers.
6256 (Calc has a command, @kbd{k b}, to compute exact Bernoulli numbers, but
6257 this command is very slow for large @expr{n} since the higher Bernoulli
6258 numbers are very large fractions.)
6260 @smallexample
6261 @group
6262 1:  10               1:  0.0756823
6263     .                    .
6265     10     C-x ( @key{RET} 2 % Z [ @key{DEL} 0 Z : ' 2 $! / (2 pi)^$ @key{RET} = Z ] C-x )
6266 @end group
6267 @end smallexample
6269 @noindent
6270 You can read @kbd{Z [} as ``then,'' @kbd{Z :} as ``else,'' and
6271 @kbd{Z ]} as ``end-if.''  There is no need for an explicit ``if''
6272 command.  For the purposes of @w{@kbd{Z [}}, the condition is ``true''
6273 if the value it pops from the stack is a nonzero number, or ``false''
6274 if it pops zero or something that is not a number (like a formula).
6275 Here we take our integer argument modulo 2; this will be nonzero
6276 if we're asking for an odd Bernoulli number.
6278 The actual tenth Bernoulli number is @expr{5/66}.
6280 @smallexample
6281 @group
6282 3:  0.0756823    1:  0          1:  0.25305    1:  0          1:  1.16659
6283 2:  5:66             .              .              .              .
6284 1:  0.0757575
6285     .
6287 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
6288 @end group
6289 @end smallexample
6291 Just to exercise loops a bit more, let's compute a table of even
6292 Bernoulli numbers.
6294 @smallexample
6295 @group
6296 3:  []             1:  [0.10132, 0.03079, 0.02340, 0.033197, ...]
6297 2:  2                  .
6298 1:  30
6299     .
6301  [ ] 2 @key{RET} 30          Z ( X | 2 Z )
6302 @end group
6303 @end smallexample
6305 @noindent
6306 The vertical-bar @kbd{|} is the vector-concatenation command.  When
6307 we execute it, the list we are building will be in stack level 2
6308 (initially this is an empty list), and the next Bernoulli number
6309 will be in level 1.  The effect is to append the Bernoulli number
6310 onto the end of the list.  (To create a table of exact fractional
6311 Bernoulli numbers, just replace @kbd{X} with @kbd{k b} in the above
6312 sequence of keystrokes.)
6314 With loops and conditionals, you can program essentially anything
6315 in Calc.  One other command that makes looping easier is @kbd{Z /},
6316 which takes a condition from the stack and breaks out of the enclosing
6317 loop if the condition is true (non-zero).  You can use this to make
6318 ``while'' and ``until'' style loops.
6320 If you make a mistake when entering a keyboard macro, you can edit
6321 it using @kbd{Z E}.  First, you must attach it to a key with @kbd{Z K}.
6322 One technique is to enter a throwaway dummy definition for the macro,
6323 then enter the real one in the edit command.
6325 @smallexample
6326 @group
6327 1:  3                   1:  3           Calc Macro Edit Mode.
6328     .                       .           Original keys: 1 <return> 2 +
6330                                         1                          ;; calc digits
6331                                         RET                        ;; calc-enter
6332                                         2                          ;; calc digits
6333                                         +                          ;; calc-plus
6335 C-x ( 1 @key{RET} 2 + C-x )    Z K h @key{RET}      Z E h
6336 @end group
6337 @end smallexample
6339 @noindent
6340 A keyboard macro is stored as a pure keystroke sequence.  The
6341 @file{edmacro} package (invoked by @kbd{Z E}) scans along the
6342 macro and tries to decode it back into human-readable steps.
6343 Descriptions of the keystrokes are given as comments, which begin with
6344 @samp{;;}, and which are ignored when the edited macro is saved.
6345 Spaces and line breaks are also ignored when the edited macro is saved.
6346 To enter a space into the macro, type @code{SPC}.  All the special
6347 characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC}, @code{DEL},
6348 and @code{NUL} must be written in all uppercase, as must the prefixes
6349 @code{C-} and @code{M-}.
6351 Let's edit in a new definition, for computing harmonic numbers.
6352 First, erase the four lines of the old definition.  Then, type
6353 in the new definition (or use Emacs @kbd{M-w} and @kbd{C-y} commands
6354 to copy it from this page of the Info file; you can of course skip
6355 typing the comments, which begin with @samp{;;}).
6357 @smallexample
6358 Z`                      ;; calc-kbd-push     (Save local values)
6359 0                       ;; calc digits       (Push a zero onto the stack)
6360 st                      ;; calc-store-into   (Store it in the following variable)
6361 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6362 1                       ;; calc digits       (Initial value for the loop) 
6363 TAB                     ;; calc-roll-down    (Swap initial and final)
6364 Z(                      ;; calc-kbd-for      (Begin the "for" loop)
6365 &                       ;; calc-inv          (Take the reciprocal)
6366 s+                      ;; calc-store-plus   (Add to the following variable)
6367 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6368 1                       ;; calc digits       (The loop step is 1)
6369 Z)                      ;; calc-kbd-end-for  (End the "for" loop)
6370 sr                      ;; calc-recall       (Recall the final accumulated value)
6371 1                       ;; calc quick variable (Quick variable q1)
6372 Z'                      ;; calc-kbd-pop      (Restore values)
6373 @end smallexample
6375 @noindent
6376 Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and return to the Calculator.
6378 @smallexample
6379 @group
6380 1:  20         1:  3.597739
6381     .              .
6383     20             z h
6384 @end group
6385 @end smallexample
6387 The @file{edmacro} package defines a handy @code{read-kbd-macro} command
6388 which reads the current region of the current buffer as a sequence of
6389 keystroke names, and defines that sequence on the @kbd{X} 
6390 (and @kbd{C-x e}) key.  Because this is so useful, Calc puts this
6391 command on the @kbd{M-# m} key.  Try reading in this macro in the
6392 following form:  Press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}}) at 
6393 one end of the text below, then type @kbd{M-# m} at the other.
6395 @example
6396 @group
6397 Z ` 0 t 1
6398     1 TAB
6399     Z (  & s + 1  1 Z )
6400     r 1
6401 Z '
6402 @end group
6403 @end example
6405 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  A general algorithm for solving
6406 equations numerically is @dfn{Newton's Method}.  Given the equation
6407 @expr{f(x) = 0} for any function @expr{f}, and an initial guess
6408 @expr{x_0} which is reasonably close to the desired solution, apply
6409 this formula over and over:
6411 @ifinfo
6412 @example
6413 new_x = x - f(x)/f'(x)
6414 @end example
6415 @end ifinfo
6416 @tex
6417 \beforedisplay
6418 $$ x_{\rm new} = x - {f(x) \over f'(x)} $$
6419 \afterdisplay
6420 @end tex
6422 @noindent
6423 where @expr{f'(x)} is the derivative of @expr{f}.  The @expr{x}
6424 values will quickly converge to a solution, i.e., eventually
6425 @texline @math{x_{\rm new}}
6426 @infoline @expr{new_x} 
6427 and @expr{x} will be equal to within the limits
6428 of the current precision.  Write a program which takes a formula
6429 involving the variable @expr{x}, and an initial guess @expr{x_0},
6430 on the stack, and produces a value of @expr{x} for which the formula
6431 is zero.  Use it to find a solution of 
6432 @texline @math{\sin(\cos x) = 0.5}
6433 @infoline @expr{sin(cos(x)) = 0.5}
6434 near @expr{x = 4.5}.  (Use angles measured in radians.)  Note that
6435 the built-in @w{@kbd{a R}} (@code{calc-find-root}) command uses Newton's
6436 method when it is able.  @xref{Programming Answer 8, 8}. (@bullet{})
6438 @cindex Digamma function
6439 @cindex Gamma constant, Euler's
6440 @cindex Euler's gamma constant
6441 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  The @dfn{digamma} function 
6442 @texline @math{\psi(z) (``psi'')}
6443 @infoline @expr{psi(z)}
6444 is defined as the derivative of 
6445 @texline @math{\ln \Gamma(z)}.
6446 @infoline @expr{ln(gamma(z))}.  
6447 For large values of @expr{z}, it can be approximated by the infinite sum
6449 @ifinfo
6450 @example
6451 psi(z) ~= ln(z) - 1/2z - sum(bern(2 n) / 2 n z^(2 n), n, 1, inf)
6452 @end example
6453 @end ifinfo
6454 @tex
6455 \beforedisplay
6456 $$ \psi(z) \approx \ln z - {1\over2z} -
6457    \sum_{n=1}^\infty {\code{bern}(2 n) \over 2 n z^{2n}}
6459 \afterdisplay
6460 @end tex
6462 @noindent
6463 where 
6464 @texline @math{\sum}
6465 @infoline @expr{sum} 
6466 represents the sum over @expr{n} from 1 to infinity
6467 (or to some limit high enough to give the desired accuracy), and
6468 the @code{bern} function produces (exact) Bernoulli numbers.
6469 While this sum is not guaranteed to converge, in practice it is safe.
6470 An interesting mathematical constant is Euler's gamma, which is equal
6471 to about 0.5772.  One way to compute it is by the formula,
6472 @texline @math{\gamma = -\psi(1)}.
6473 @infoline @expr{gamma = -psi(1)}.  
6474 Unfortunately, 1 isn't a large enough argument
6475 for the above formula to work (5 is a much safer value for @expr{z}).
6476 Fortunately, we can compute 
6477 @texline @math{\psi(1)}
6478 @infoline @expr{psi(1)} 
6479 from 
6480 @texline @math{\psi(5)}
6481 @infoline @expr{psi(5)} 
6482 using the recurrence 
6483 @texline @math{\psi(z+1) = \psi(z) + {1 \over z}}.
6484 @infoline @expr{psi(z+1) = psi(z) + 1/z}.  
6485 Your task:  Develop a program to compute 
6486 @texline @math{\psi(z)};
6487 @infoline @expr{psi(z)}; 
6488 it should ``pump up'' @expr{z}
6489 if necessary to be greater than 5, then use the above summation
6490 formula.  Use looping commands to compute the sum.  Use your function
6491 to compute 
6492 @texline @math{\gamma}
6493 @infoline @expr{gamma} 
6494 to twelve decimal places.  (Calc has a built-in command
6495 for Euler's constant, @kbd{I P}, which you can use to check your answer.)
6496 @xref{Programming Answer 9, 9}. (@bullet{})
6498 @cindex Polynomial, list of coefficients
6499 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Given a polynomial in @expr{x} and
6500 a number @expr{m} on the stack, where the polynomial is of degree
6501 @expr{m} or less (i.e., does not have any terms higher than @expr{x^m}),
6502 write a program to convert the polynomial into a list-of-coefficients
6503 notation.  For example, @expr{5 x^4 + (x + 1)^2} with @expr{m = 6}
6504 should produce the list @expr{[1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]}.  Also develop
6505 a way to convert from this form back to the standard algebraic form.
6506 @xref{Programming Answer 10, 10}. (@bullet{})
6508 @cindex Recursion
6509 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The @dfn{Stirling numbers of the
6510 first kind} are defined by the recurrences,
6512 @ifinfo
6513 @example
6514 s(n,n) = 1   for n >= 0,
6515 s(n,0) = 0   for n > 0,
6516 s(n+1,m) = s(n,m-1) - n s(n,m)   for n >= m >= 1.
6517 @end example
6518 @end ifinfo
6519 @tex
6520 \turnoffactive
6521 \beforedisplay
6522 $$ \eqalign{ s(n,n)   &= 1 \qquad \hbox{for } n \ge 0,  \cr
6523              s(n,0)   &= 0 \qquad \hbox{for } n > 0, \cr
6524              s(n+1,m) &= s(n,m-1) - n \, s(n,m) \qquad
6525                           \hbox{for } n \ge m \ge 1.}
6527 \afterdisplay
6528 \vskip5pt
6529 (These numbers are also sometimes written $\displaystyle{n \brack m}$.)
6530 @end tex
6532 This can be implemented using a @dfn{recursive} program in Calc; the
6533 program must invoke itself in order to calculate the two righthand
6534 terms in the general formula.  Since it always invokes itself with
6535 ``simpler'' arguments, it's easy to see that it must eventually finish
6536 the computation.  Recursion is a little difficult with Emacs keyboard
6537 macros since the macro is executed before its definition is complete.
6538 So here's the recommended strategy:  Create a ``dummy macro'' and assign
6539 it to a key with, e.g., @kbd{Z K s}.  Now enter the true definition,
6540 using the @kbd{z s} command to call itself recursively, then assign it
6541 to the same key with @kbd{Z K s}.  Now the @kbd{z s} command will run
6542 the complete recursive program.  (Another way is to use @w{@kbd{Z E}}
6543 or @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) to read the whole macro at once,
6544 thus avoiding the ``training'' phase.)  The task:  Write a program
6545 that computes Stirling numbers of the first kind, given @expr{n} and
6546 @expr{m} on the stack.  Test it with @emph{small} inputs like
6547 @expr{s(4,2)}.  (There is a built-in command for Stirling numbers,
6548 @kbd{k s}, which you can use to check your answers.)
6549 @xref{Programming Answer 11, 11}. (@bullet{})
6551 The programming commands we've seen in this part of the tutorial
6552 are low-level, general-purpose operations.  Often you will find
6553 that a higher-level function, such as vector mapping or rewrite
6554 rules, will do the job much more easily than a detailed, step-by-step
6555 program can:
6557 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  Write another program for
6558 computing Stirling numbers of the first kind, this time using
6559 rewrite rules.  Once again, @expr{n} and @expr{m} should be taken
6560 from the stack.  @xref{Programming Answer 12, 12}. (@bullet{})
6562 @example
6564 @end example
6565 This ends the tutorial section of the Calc manual.  Now you know enough
6566 about Calc to use it effectively for many kinds of calculations.  But
6567 Calc has many features that were not even touched upon in this tutorial.
6568 @c [not-split]
6569 The rest of this manual tells the whole story.
6570 @c [when-split]
6571 @c Volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}, tells the whole story.
6573 @page
6574 @node Answers to Exercises, , Programming Tutorial, Tutorial
6575 @section Answers to Exercises
6577 @noindent
6578 This section includes answers to all the exercises in the Calc tutorial.
6580 @menu
6581 * RPN Answer 1::           1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -
6582 * RPN Answer 2::           2*4 + 7*9.5 + 5/4
6583 * RPN Answer 3::           Operating on levels 2 and 3
6584 * RPN Answer 4::           Joe's complex problems
6585 * Algebraic Answer 1::     Simulating Q command
6586 * Algebraic Answer 2::     Joe's algebraic woes
6587 * Algebraic Answer 3::     1 / 0
6588 * Modes Answer 1::         3#0.1 = 3#0.0222222?
6589 * Modes Answer 2::         16#f.e8fe15
6590 * Modes Answer 3::         Joe's rounding bug
6591 * Modes Answer 4::         Why floating point?
6592 * Arithmetic Answer 1::    Why the \ command?
6593 * Arithmetic Answer 2::    Tripping up the B command
6594 * Vector Answer 1::        Normalizing a vector
6595 * Vector Answer 2::        Average position
6596 * Matrix Answer 1::        Row and column sums
6597 * Matrix Answer 2::        Symbolic system of equations
6598 * Matrix Answer 3::        Over-determined system
6599 * List Answer 1::          Powers of two
6600 * List Answer 2::          Least-squares fit with matrices
6601 * List Answer 3::          Geometric mean
6602 * List Answer 4::          Divisor function
6603 * List Answer 5::          Duplicate factors
6604 * List Answer 6::          Triangular list
6605 * List Answer 7::          Another triangular list
6606 * List Answer 8::          Maximum of Bessel function
6607 * List Answer 9::          Integers the hard way
6608 * List Answer 10::         All elements equal
6609 * List Answer 11::         Estimating pi with darts
6610 * List Answer 12::         Estimating pi with matchsticks
6611 * List Answer 13::         Hash codes
6612 * List Answer 14::         Random walk
6613 * Types Answer 1::         Square root of pi times rational
6614 * Types Answer 2::         Infinities
6615 * Types Answer 3::         What can "nan" be?
6616 * Types Answer 4::         Abbey Road
6617 * Types Answer 5::         Friday the 13th
6618 * Types Answer 6::         Leap years
6619 * Types Answer 7::         Erroneous donut
6620 * Types Answer 8::         Dividing intervals
6621 * Types Answer 9::         Squaring intervals
6622 * Types Answer 10::        Fermat's primality test
6623 * Types Answer 11::        pi * 10^7 seconds
6624 * Types Answer 12::        Abbey Road on CD
6625 * Types Answer 13::        Not quite pi * 10^7 seconds
6626 * Types Answer 14::        Supercomputers and c
6627 * Types Answer 15::        Sam the Slug
6628 * Algebra Answer 1::       Squares and square roots
6629 * Algebra Answer 2::       Building polynomial from roots
6630 * Algebra Answer 3::       Integral of x sin(pi x)
6631 * Algebra Answer 4::       Simpson's rule
6632 * Rewrites Answer 1::      Multiplying by conjugate
6633 * Rewrites Answer 2::      Alternative fib rule
6634 * Rewrites Answer 3::      Rewriting opt(a) + opt(b) x
6635 * Rewrites Answer 4::      Sequence of integers
6636 * Rewrites Answer 5::      Number of terms in sum
6637 * Rewrites Answer 6::      Truncated Taylor series
6638 * Programming Answer 1::   Fresnel's C(x)
6639 * Programming Answer 2::   Negate third stack element
6640 * Programming Answer 3::   Compute sin(x) / x, etc.
6641 * Programming Answer 4::   Average value of a list
6642 * Programming Answer 5::   Continued fraction phi
6643 * Programming Answer 6::   Matrix Fibonacci numbers
6644 * Programming Answer 7::   Harmonic number greater than 4
6645 * Programming Answer 8::   Newton's method
6646 * Programming Answer 9::   Digamma function
6647 * Programming Answer 10::  Unpacking a polynomial
6648 * Programming Answer 11::  Recursive Stirling numbers
6649 * Programming Answer 12::  Stirling numbers with rewrites
6650 @end menu
6652 @c The following kludgery prevents the individual answers from
6653 @c being entered on the table of contents.
6654 @tex
6655 \global\let\oldwrite=\write
6656 \gdef\skipwrite#1#2{\let\write=\oldwrite}
6657 \global\let\oldchapternofonts=\chapternofonts
6658 \gdef\chapternofonts{\let\write=\skipwrite\oldchapternofonts}
6659 @end tex
6661 @node RPN Answer 1, RPN Answer 2, Answers to Exercises, Answers to Exercises
6662 @subsection RPN Tutorial Exercise 1
6664 @noindent
6665 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -}
6667 The result is 
6668 @texline @math{1 - (2 \times (3 + 4)) = -13}.
6669 @infoline @expr{1 - (2 * (3 + 4)) = -13}.
6671 @node RPN Answer 2, RPN Answer 3, RPN Answer 1, Answers to Exercises
6672 @subsection RPN Tutorial Exercise 2
6674 @noindent
6675 @texline @math{2\times4 + 7\times9.5 + {5\over4} = 75.75}
6676 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4 = 75.75}
6678 After computing the intermediate term 
6679 @texline @math{2\times4 = 8},
6680 @infoline @expr{2*4 = 8}, 
6681 you can leave that result on the stack while you compute the second
6682 term.  With both of these results waiting on the stack you can then
6683 compute the final term, then press @kbd{+ +} to add everything up.
6685 @smallexample
6686 @group
6687 2:  2          1:  8          3:  8          2:  8
6688 1:  4              .          2:  7          1:  66.5
6689     .                         1:  9.5            .
6690                                   .
6692   2 @key{RET} 4          *          7 @key{RET} 9.5          *
6694 @end group
6695 @end smallexample
6696 @noindent
6697 @smallexample
6698 @group
6699 4:  8          3:  8          2:  8          1:  75.75
6700 3:  66.5       2:  66.5       1:  67.75          .
6701 2:  5          1:  1.25           .
6702 1:  4              .
6703     .
6705   5 @key{RET} 4          /              +              +
6706 @end group
6707 @end smallexample
6709 Alternatively, you could add the first two terms before going on
6710 with the third term.
6712 @smallexample
6713 @group
6714 2:  8          1:  74.5       3:  74.5       2:  74.5       1:  75.75
6715 1:  66.5           .          2:  5          1:  1.25           .
6716     .                         1:  4              .
6717                                   .
6719    ...             +            5 @key{RET} 4          /              +
6720 @end group
6721 @end smallexample
6723 On an old-style RPN calculator this second method would have the
6724 advantage of using only three stack levels.  But since Calc's stack
6725 can grow arbitrarily large this isn't really an issue.  Which method
6726 you choose is purely a matter of taste.
6728 @node RPN Answer 3, RPN Answer 4, RPN Answer 2, Answers to Exercises
6729 @subsection RPN Tutorial Exercise 3
6731 @noindent
6732 The @key{TAB} key provides a way to operate on the number in level 2.
6734 @smallexample
6735 @group
6736 3:  10         3:  10         4:  10         3:  10         3:  10
6737 2:  20         2:  30         3:  30         2:  30         2:  21
6738 1:  30         1:  20         2:  20         1:  21         1:  30
6739     .              .          1:  1              .              .
6740                                   .
6742                   @key{TAB}             1              +             @key{TAB}
6743 @end group
6744 @end smallexample
6746 Similarly, @kbd{M-@key{TAB}} gives you access to the number in level 3.
6748 @smallexample
6749 @group
6750 3:  10         3:  21         3:  21         3:  30         3:  11
6751 2:  21         2:  30         2:  30         2:  11         2:  21
6752 1:  30         1:  10         1:  11         1:  21         1:  30
6753     .              .              .              .              .
6755                   M-@key{TAB}           1 +           M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
6756 @end group
6757 @end smallexample
6759 @node RPN Answer 4, Algebraic Answer 1, RPN Answer 3, Answers to Exercises
6760 @subsection RPN Tutorial Exercise 4
6762 @noindent
6763 Either @kbd{( 2 , 3 )} or @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )} would have worked,
6764 but using both the comma and the space at once yields:
6766 @smallexample
6767 @group
6768 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    2:  (2, ...    2:  (2, ...
6769     .          1:  2              .          1:  (2, ...    1:  (2, 3)
6770                    .                             .              .
6772     (              2              ,             @key{SPC}            3 )
6773 @end group
6774 @end smallexample
6776 Joe probably tried to type @kbd{@key{TAB} @key{DEL}} to swap the
6777 extra incomplete object to the top of the stack and delete it.
6778 But a feature of Calc is that @key{DEL} on an incomplete object
6779 deletes just one component out of that object, so he had to press
6780 @key{DEL} twice to finish the job.
6782 @smallexample
6783 @group
6784 2:  (2, ...    2:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (2, 3)
6785 1:  (2, 3)     1:  (2, ...    1:  ( ...          .
6786     .              .              .
6788                   @key{TAB}            @key{DEL}            @key{DEL}
6789 @end group
6790 @end smallexample
6792 (As it turns out, deleting the second-to-top stack entry happens often
6793 enough that Calc provides a special key, @kbd{M-@key{DEL}}, to do just that.
6794 @kbd{M-@key{DEL}} is just like @kbd{@key{TAB} @key{DEL}}, except that it doesn't exhibit
6795 the ``feature'' that tripped poor Joe.)
6797 @node Algebraic Answer 1, Algebraic Answer 2, RPN Answer 4, Answers to Exercises
6798 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 1
6800 @noindent
6801 Type @kbd{' sqrt($) @key{RET}}.
6803 If the @kbd{Q} key is broken, you could use @kbd{' $^0.5 @key{RET}}.
6804 Or, RPN style, @kbd{0.5 ^}.
6806 (Actually, @samp{$^1:2}, using the fraction one-half as the power, is
6807 a closer equivalent, since @samp{9^0.5} yields @expr{3.0} whereas
6808 @samp{sqrt(9)} and @samp{9^1:2} yield the exact integer @expr{3}.)
6810 @node Algebraic Answer 2, Algebraic Answer 3, Algebraic Answer 1, Answers to Exercises
6811 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 2
6813 @noindent
6814 In the formula @samp{2 x (1+y)}, @samp{x} was interpreted as a function
6815 name with @samp{1+y} as its argument.  Assigning a value to a variable
6816 has no relation to a function by the same name.  Joe needed to use an
6817 explicit @samp{*} symbol here:  @samp{2 x*(1+y)}.
6819 @node Algebraic Answer 3, Modes Answer 1, Algebraic Answer 2, Answers to Exercises
6820 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 3
6822 @noindent
6823 The result from @kbd{1 @key{RET} 0 /} will be the formula @expr{1 / 0}.
6824 The ``function'' @samp{/} cannot be evaluated when its second argument
6825 is zero, so it is left in symbolic form.  When you now type @kbd{0 *},
6826 the result will be zero because Calc uses the general rule that ``zero
6827 times anything is zero.''
6829 @c [fix-ref Infinities]
6830 The @kbd{m i} command enables an @dfn{Infinite mode} in which @expr{1 / 0}
6831 results in a special symbol that represents ``infinity.''  If you
6832 multiply infinity by zero, Calc uses another special new symbol to
6833 show that the answer is ``indeterminate.''  @xref{Infinities}, for
6834 further discussion of infinite and indeterminate values.
6836 @node Modes Answer 1, Modes Answer 2, Algebraic Answer 3, Answers to Exercises
6837 @subsection Modes Tutorial Exercise 1
6839 @noindent
6840 Calc always stores its numbers in decimal, so even though one-third has
6841 an exact base-3 representation (@samp{3#0.1}), it is still stored as
6842 0.3333333 (chopped off after 12 or however many decimal digits) inside
6843 the calculator's memory.  When this inexact number is converted back
6844 to base 3 for display, it may still be slightly inexact.  When we
6845 multiply this number by 3, we get 0.999999, also an inexact value.
6847 When Calc displays a number in base 3, it has to decide how many digits
6848 to show.  If the current precision is 12 (decimal) digits, that corresponds
6849 to @samp{12 / log10(3) = 25.15} base-3 digits.  Because 25.15 is not an
6850 exact integer, Calc shows only 25 digits, with the result that stored
6851 numbers carry a little bit of extra information that may not show up on
6852 the screen.  When Joe entered @samp{3#0.2}, the stored number 0.666666
6853 happened to round to a pleasing value when it lost that last 0.15 of a
6854 digit, but it was still inexact in Calc's memory.  When he divided by 2,
6855 he still got the dreaded inexact value 0.333333.  (Actually, he divided
6856 0.666667 by 2 to get 0.333334, which is why he got something a little
6857 higher than @code{3#0.1} instead of a little lower.)
6859 If Joe didn't want to be bothered with all this, he could have typed
6860 @kbd{M-24 d n} to display with one less digit than the default.  (If
6861 you give @kbd{d n} a negative argument, it uses default-minus-that,
6862 so @kbd{M-- d n} would be an easier way to get the same effect.)  Those
6863 inexact results would still be lurking there, but they would now be
6864 rounded to nice, natural-looking values for display purposes.  (Remember,
6865 @samp{0.022222} in base 3 is like @samp{0.099999} in base 10; rounding
6866 off one digit will round the number up to @samp{0.1}.)  Depending on the
6867 nature of your work, this hiding of the inexactness may be a benefit or
6868 a danger.  With the @kbd{d n} command, Calc gives you the choice.
6870 Incidentally, another consequence of all this is that if you type
6871 @kbd{M-30 d n} to display more digits than are ``really there,''
6872 you'll see garbage digits at the end of the number.  (In decimal
6873 display mode, with decimally-stored numbers, these garbage digits are
6874 always zero so they vanish and you don't notice them.)  Because Calc
6875 rounds off that 0.15 digit, there is the danger that two numbers could
6876 be slightly different internally but still look the same.  If you feel
6877 uneasy about this, set the @kbd{d n} precision to be a little higher
6878 than normal; you'll get ugly garbage digits, but you'll always be able
6879 to tell two distinct numbers apart.
6881 An interesting side note is that most computers store their
6882 floating-point numbers in binary, and convert to decimal for display.
6883 Thus everyday programs have the same problem:  Decimal 0.1 cannot be
6884 represented exactly in binary (try it: @kbd{0.1 d 2}), so @samp{0.1 * 10}
6885 comes out as an inexact approximation to 1 on some machines (though
6886 they generally arrange to hide it from you by rounding off one digit as
6887 we did above).  Because Calc works in decimal instead of binary, you can
6888 be sure that numbers that look exact @emph{are} exact as long as you stay
6889 in decimal display mode.
6891 It's not hard to show that any number that can be represented exactly
6892 in binary, octal, or hexadecimal is also exact in decimal, so the kinds
6893 of problems we saw in this exercise are likely to be severe only when
6894 you use a relatively unusual radix like 3.
6896 @node Modes Answer 2, Modes Answer 3, Modes Answer 1, Answers to Exercises
6897 @subsection Modes Tutorial Exercise 2
6899 If the radix is 15 or higher, we can't use the letter @samp{e} to mark
6900 the exponent because @samp{e} is interpreted as a digit.  When Calc
6901 needs to display scientific notation in a high radix, it writes
6902 @samp{16#F.E8F*16.^15}.  You can enter a number like this as an
6903 algebraic entry.  Also, pressing @kbd{e} without any digits before it
6904 normally types @kbd{1e}, but in a high radix it types @kbd{16.^} and
6905 puts you in algebraic entry:  @kbd{16#f.e8f @key{RET} e 15 @key{RET} *} is another
6906 way to enter this number.
6908 The reason Calc puts a decimal point in the @samp{16.^} is to prevent
6909 huge integers from being generated if the exponent is large (consider
6910 @samp{16#1.23*16^1000}, where we compute @samp{16^1000} as a giant
6911 exact integer and then throw away most of the digits when we multiply
6912 it by the floating-point @samp{16#1.23}).  While this wouldn't normally
6913 matter for display purposes, it could give you a nasty surprise if you
6914 copied that number into a file and later moved it back into Calc.
6916 @node Modes Answer 3, Modes Answer 4, Modes Answer 2, Answers to Exercises
6917 @subsection Modes Tutorial Exercise 3
6919 @noindent
6920 The answer he got was @expr{0.5000000000006399}.
6922 The problem is not that the square operation is inexact, but that the
6923 sine of 45 that was already on the stack was accurate to only 12 places.
6924 Arbitrary-precision calculations still only give answers as good as
6925 their inputs.
6927 The real problem is that there is no 12-digit number which, when
6928 squared, comes out to 0.5 exactly.  The @kbd{f [} and @kbd{f ]}
6929 commands decrease or increase a number by one unit in the last
6930 place (according to the current precision).  They are useful for
6931 determining facts like this.
6933 @smallexample
6934 @group
6935 1:  0.707106781187      1:  0.500000000001
6936     .                       .
6938     45 S                    2 ^
6940 @end group
6941 @end smallexample
6942 @noindent
6943 @smallexample
6944 @group
6945 1:  0.707106781187      1:  0.707106781186      1:  0.499999999999
6946     .                       .                       .
6948     U  @key{DEL}                  f [                     2 ^
6949 @end group
6950 @end smallexample
6952 A high-precision calculation must be carried out in high precision
6953 all the way.  The only number in the original problem which was known
6954 exactly was the quantity 45 degrees, so the precision must be raised
6955 before anything is done after the number 45 has been entered in order
6956 for the higher precision to be meaningful.
6958 @node Modes Answer 4, Arithmetic Answer 1, Modes Answer 3, Answers to Exercises
6959 @subsection Modes Tutorial Exercise 4
6961 @noindent
6962 Many calculations involve real-world quantities, like the width and
6963 height of a piece of wood or the volume of a jar.  Such quantities
6964 can't be measured exactly anyway, and if the data that is input to
6965 a calculation is inexact, doing exact arithmetic on it is a waste
6966 of time.
6968 Fractions become unwieldy after too many calculations have been
6969 done with them.  For example, the sum of the reciprocals of the
6970 integers from 1 to 10 is 7381:2520.  The sum from 1 to 30 is
6971 9304682830147:2329089562800.  After a point it will take a long
6972 time to add even one more term to this sum, but a floating-point
6973 calculation of the sum will not have this problem.
6975 Also, rational numbers cannot express the results of all calculations.
6976 There is no fractional form for the square root of two, so if you type
6977 @w{@kbd{2 Q}}, Calc has no choice but to give you a floating-point answer.
6979 @node Arithmetic Answer 1, Arithmetic Answer 2, Modes Answer 4, Answers to Exercises
6980 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 1
6982 @noindent
6983 Dividing two integers that are larger than the current precision may
6984 give a floating-point result that is inaccurate even when rounded
6985 down to an integer.  Consider @expr{123456789 / 2} when the current
6986 precision is 6 digits.  The true answer is @expr{61728394.5}, but
6987 with a precision of 6 this will be rounded to 
6988 @texline @math{12345700.0/2.0 = 61728500.0}.
6989 @infoline @expr{12345700.@: / 2.@: = 61728500.}.
6990 The result, when converted to an integer, will be off by 106.
6992 Here are two solutions:  Raise the precision enough that the
6993 floating-point round-off error is strictly to the right of the
6994 decimal point.  Or, convert to Fraction mode so that @expr{123456789 / 2}
6995 produces the exact fraction @expr{123456789:2}, which can be rounded
6996 down by the @kbd{F} command without ever switching to floating-point
6997 format.
6999 @node Arithmetic Answer 2, Vector Answer 1, Arithmetic Answer 1, Answers to Exercises
7000 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 2
7002 @noindent
7003 @kbd{27 @key{RET} 9 B} could give the exact result @expr{3:2}, but it
7004 does a floating-point calculation instead and produces @expr{1.5}.
7006 Calc will find an exact result for a logarithm if the result is an integer
7007 or (when in Fraction mode) the reciprocal of an integer.  But there is
7008 no efficient way to search the space of all possible rational numbers
7009 for an exact answer, so Calc doesn't try.
7011 @node Vector Answer 1, Vector Answer 2, Arithmetic Answer 2, Answers to Exercises
7012 @subsection Vector Tutorial Exercise 1
7014 @noindent
7015 Duplicate the vector, compute its length, then divide the vector
7016 by its length:  @kbd{@key{RET} A /}.
7018 @smallexample
7019 @group
7020 1:  [1, 2, 3]  2:  [1, 2, 3]      1:  [0.27, 0.53, 0.80]  1:  1.
7021     .          1:  3.74165738677      .                       .
7022                    .
7024     r 1            @key{RET} A              /                       A
7025 @end group
7026 @end smallexample
7028 The final @kbd{A} command shows that the normalized vector does
7029 indeed have unit length.
7031 @node Vector Answer 2, Matrix Answer 1, Vector Answer 1, Answers to Exercises
7032 @subsection Vector Tutorial Exercise 2
7034 @noindent
7035 The average position is equal to the sum of the products of the
7036 positions times their corresponding probabilities.  This is the
7037 definition of the dot product operation.  So all you need to do
7038 is to put the two vectors on the stack and press @kbd{*}.
7040 @node Matrix Answer 1, Matrix Answer 2, Vector Answer 2, Answers to Exercises
7041 @subsection Matrix Tutorial Exercise 1
7043 @noindent
7044 The trick is to multiply by a vector of ones.  Use @kbd{r 4 [1 1 1] *} to
7045 get the row sum.  Similarly, use @kbd{[1 1] r 4 *} to get the column sum.
7047 @node Matrix Answer 2, Matrix Answer 3, Matrix Answer 1, Answers to Exercises
7048 @subsection Matrix Tutorial Exercise 2
7050 @ifinfo
7051 @example
7052 @group
7053    x + a y = 6
7054    x + b y = 10
7055 @end group
7056 @end example
7057 @end ifinfo
7058 @tex
7059 \turnoffactive
7060 \beforedisplay
7061 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
7062              x &+ b y = 10}
7064 \afterdisplay
7065 @end tex
7067 Just enter the righthand side vector, then divide by the lefthand side
7068 matrix as usual.
7070 @smallexample
7071 @group
7072 1:  [6, 10]    2:  [6, 10]         1:  [6 - 4 a / (b - a), 4 / (b - a) ]
7073     .          1:  [ [ 1, a ]          .
7074                      [ 1, b ] ]
7075                    .
7077 ' [6 10] @key{RET}     ' [1 a; 1 b] @key{RET}      /
7078 @end group
7079 @end smallexample
7081 This can be made more readable using @kbd{d B} to enable Big display
7082 mode:
7084 @smallexample
7085 @group
7086           4 a     4
7087 1:  [6 - -----, -----]
7088          b - a  b - a
7089 @end group
7090 @end smallexample
7092 Type @kbd{d N} to return to Normal display mode afterwards.
7094 @node Matrix Answer 3, List Answer 1, Matrix Answer 2, Answers to Exercises
7095 @subsection Matrix Tutorial Exercise 3
7097 @noindent
7098 To solve 
7099 @texline @math{A^T A \, X = A^T B},
7100 @infoline @expr{trn(A) * A * X = trn(A) * B}, 
7101 first we compute
7102 @texline @math{A' = A^T A}
7103 @infoline @expr{A2 = trn(A) * A} 
7104 and 
7105 @texline @math{B' = A^T B};
7106 @infoline @expr{B2 = trn(A) * B}; 
7107 now, we have a system 
7108 @texline @math{A' X = B'}
7109 @infoline @expr{A2 * X = B2} 
7110 which we can solve using Calc's @samp{/} command.
7112 @ifinfo
7113 @example
7114 @group
7115     a + 2b + 3c = 6
7116    4a + 5b + 6c = 2
7117    7a + 6b      = 3
7118    2a + 4b + 6c = 11
7119 @end group
7120 @end example
7121 @end ifinfo
7122 @tex
7123 \turnoffactive
7124 \beforedisplayh
7125 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
7126 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
7127    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
7128    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
7129    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
7130   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
7131  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
7132  7a&+&6b& &  &=3 \cr
7133  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
7135 \afterdisplayh
7136 @end tex
7138 The first step is to enter the coefficient matrix.  We'll store it in
7139 quick variable number 7 for later reference.  Next, we compute the
7140 @texline @math{B'}
7141 @infoline @expr{B2} 
7142 vector.
7144 @smallexample
7145 @group
7146 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             2:  [ [ 1, 4, 7, 2 ]     1:  [57, 84, 96]
7147       [ 4, 5, 6 ]                   [ 2, 5, 6, 4 ]         .
7148       [ 7, 6, 0 ]                   [ 3, 6, 0, 6 ] ]
7149       [ 2, 4, 6 ] ]           1:  [6, 2, 3, 11]
7150     .                             .
7152 ' [1 2 3; 4 5 6; 7 6 0; 2 4 6] @key{RET}  s 7  v t  [6 2 3 11]   *
7153 @end group
7154 @end smallexample
7156 @noindent
7157 Now we compute the matrix 
7158 @texline @math{A'}
7159 @infoline @expr{A2} 
7160 and divide.
7162 @smallexample
7163 @group
7164 2:  [57, 84, 96]          1:  [-11.64, 14.08, -3.64]
7165 1:  [ [ 70, 72, 39 ]          .
7166       [ 72, 81, 60 ]
7167       [ 39, 60, 81 ] ]
7168     .
7170     r 7 v t r 7 *             /
7171 @end group
7172 @end smallexample
7174 @noindent
7175 (The actual computed answer will be slightly inexact due to
7176 round-off error.)
7178 Notice that the answers are similar to those for the 
7179 @texline @math{3\times3}
7180 @infoline 3x3
7181 system solved in the text.  That's because the fourth equation that was 
7182 added to the system is almost identical to the first one multiplied
7183 by two.  (If it were identical, we would have gotten the exact same
7184 answer since the 
7185 @texline @math{4\times3}
7186 @infoline 4x3
7187 system would be equivalent to the original 
7188 @texline @math{3\times3}
7189 @infoline 3x3
7190 system.)
7192 Since the first and fourth equations aren't quite equivalent, they
7193 can't both be satisfied at once.  Let's plug our answers back into
7194 the original system of equations to see how well they match.
7196 @smallexample
7197 @group
7198 2:  [-11.64, 14.08, -3.64]     1:  [5.6, 2., 3., 11.2]
7199 1:  [ [ 1, 2, 3 ]                  .
7200       [ 4, 5, 6 ]
7201       [ 7, 6, 0 ]
7202       [ 2, 4, 6 ] ]
7203     .
7205     r 7                            @key{TAB} *
7206 @end group
7207 @end smallexample
7209 @noindent
7210 This is reasonably close to our original @expr{B} vector,
7211 @expr{[6, 2, 3, 11]}.
7213 @node List Answer 1, List Answer 2, Matrix Answer 3, Answers to Exercises
7214 @subsection List Tutorial Exercise 1
7216 @noindent
7217 We can use @kbd{v x} to build a vector of integers.  This needs to be
7218 adjusted to get the range of integers we desire.  Mapping @samp{-}
7219 across the vector will accomplish this, although it turns out the
7220 plain @samp{-} key will work just as well.
7222 @smallexample
7223 @group
7224 2:  2                              2:  2
7225 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]    1:  [-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
7226     .                                  .
7228     2  v x 9 @key{RET}                       5 V M -   or   5 -
7229 @end group
7230 @end smallexample
7232 @noindent
7233 Now we use @kbd{V M ^} to map the exponentiation operator across the
7234 vector.
7236 @smallexample
7237 @group
7238 1:  [0.0625, 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16]
7239     .
7241     V M ^
7242 @end group
7243 @end smallexample
7245 @node List Answer 2, List Answer 3, List Answer 1, Answers to Exercises
7246 @subsection List Tutorial Exercise 2
7248 @noindent
7249 Given @expr{x} and @expr{y} vectors in quick variables 1 and 2 as before,
7250 the first job is to form the matrix that describes the problem.
7252 @ifinfo
7253 @example
7254    m*x + b*1 = y
7255 @end example
7256 @end ifinfo
7257 @tex
7258 \turnoffactive
7259 \beforedisplay
7260 $$ m \times x + b \times 1 = y $$
7261 \afterdisplay
7262 @end tex
7264 Thus we want a 
7265 @texline @math{19\times2}
7266 @infoline 19x2
7267 matrix with our @expr{x} vector as one column and
7268 ones as the other column.  So, first we build the column of ones, then
7269 we combine the two columns to form our @expr{A} matrix.
7271 @smallexample
7272 @group
7273 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]    1:  [ [ 1.34, 1 ]
7274 1:  [1, 1, 1, ...]                    [ 1.41, 1 ]
7275     .                                 [ 1.49, 1 ]
7276                                       @dots{}
7278     r 1 1 v b 19 @key{RET}                M-2 v p v t   s 3
7279 @end group
7280 @end smallexample
7282 @noindent
7283 Now we compute 
7284 @texline @math{A^T y}
7285 @infoline @expr{trn(A) * y} 
7286 and 
7287 @texline @math{A^T A}
7288 @infoline @expr{trn(A) * A} 
7289 and divide.
7291 @smallexample
7292 @group
7293 1:  [33.36554, 13.613]    2:  [33.36554, 13.613]
7294     .                     1:  [ [ 98.0003, 41.63 ]
7295                                 [  41.63,   19   ] ]
7296                               .
7298  v t r 2 *                    r 3 v t r 3 *
7299 @end group
7300 @end smallexample
7302 @noindent
7303 (Hey, those numbers look familiar!)
7305 @smallexample
7306 @group
7307 1:  [0.52141679, -0.425978]
7308     .
7310     /
7311 @end group
7312 @end smallexample
7314 Since we were solving equations of the form 
7315 @texline @math{m \times x + b \times 1 = y},
7316 @infoline @expr{m*x + b*1 = y}, 
7317 these numbers should be @expr{m} and @expr{b}, respectively.  Sure
7318 enough, they agree exactly with the result computed using @kbd{V M} and
7319 @kbd{V R}!
7321 The moral of this story:  @kbd{V M} and @kbd{V R} will probably solve
7322 your problem, but there is often an easier way using the higher-level
7323 arithmetic functions!
7325 @c [fix-ref Curve Fitting]
7326 In fact, there is a built-in @kbd{a F} command that does least-squares
7327 fits.  @xref{Curve Fitting}.
7329 @node List Answer 3, List Answer 4, List Answer 2, Answers to Exercises
7330 @subsection List Tutorial Exercise 3
7332 @noindent
7333 Move to one end of the list and press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}} or
7334 whatever) to set the mark, then move to the other end of the list
7335 and type @w{@kbd{M-# g}}.
7337 @smallexample
7338 @group
7339 1:  [2.3, 6, 22, 15.1, 7, 15, 14, 7.5, 2.5]
7340     .
7341 @end group
7342 @end smallexample
7344 To make things interesting, let's assume we don't know at a glance
7345 how many numbers are in this list.  Then we could type:
7347 @smallexample
7348 @group
7349 2:  [2.3, 6, 22, ... ]     2:  [2.3, 6, 22, ... ]
7350 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  126356422.5
7351     .                          .
7353     @key{RET}                        V R *
7355 @end group
7356 @end smallexample
7357 @noindent
7358 @smallexample
7359 @group
7360 2:  126356422.5            2:  126356422.5     1:  7.94652913734
7361 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  9                   .
7362     .                          .
7364     @key{TAB}                        v l                 I ^
7365 @end group
7366 @end smallexample
7368 @noindent
7369 (The @kbd{I ^} command computes the @var{n}th root of a number.
7370 You could also type @kbd{& ^} to take the reciprocal of 9 and
7371 then raise the number to that power.)
7373 @node List Answer 4, List Answer 5, List Answer 3, Answers to Exercises
7374 @subsection List Tutorial Exercise 4
7376 @noindent
7377 A number @expr{j} is a divisor of @expr{n} if 
7378 @texline @math{n \mathbin{\hbox{\code{\%}}} j = 0}.
7379 @infoline @samp{n % j = 0}.  
7380 The first step is to get a vector that identifies the divisors.
7382 @smallexample
7383 @group
7384 2:  30                  2:  [0, 0, 0, 2, ...]    1:  [1, 1, 1, 0, ...]
7385 1:  [1, 2, 3, 4, ...]   1:  0                        .
7386     .                       .
7388  30 @key{RET} v x 30 @key{RET}   s 1    V M %  0                 V M a =  s 2
7389 @end group
7390 @end smallexample
7392 @noindent
7393 This vector has 1's marking divisors of 30 and 0's marking non-divisors.
7395 The zeroth divisor function is just the total number of divisors.
7396 The first divisor function is the sum of the divisors.
7398 @smallexample
7399 @group
7400 1:  8      3:  8                    2:  8                    2:  8
7401            2:  [1, 2, 3, 4, ...]    1:  [1, 2, 3, 0, ...]    1:  72
7402            1:  [1, 1, 1, 0, ...]        .                        .
7403                .
7405    V R +       r 1 r 2                  V M *                  V R +
7406 @end group
7407 @end smallexample
7409 @noindent
7410 Once again, the last two steps just compute a dot product for which
7411 a simple @kbd{*} would have worked equally well.
7413 @node List Answer 5, List Answer 6, List Answer 4, Answers to Exercises
7414 @subsection List Tutorial Exercise 5
7416 @noindent
7417 The obvious first step is to obtain the list of factors with @kbd{k f}.
7418 This list will always be in sorted order, so if there are duplicates
7419 they will be right next to each other.  A suitable method is to compare
7420 the list with a copy of itself shifted over by one.
7422 @smallexample
7423 @group
7424 1:  [3, 7, 7, 7, 19]   2:  [3, 7, 7, 7, 19]     2:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]
7425     .                  1:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]  1:  [0, 3, 7, 7, 7, 19]
7426                            .                        .
7428     19551 k f              @key{RET} 0 |                  @key{TAB} 0 @key{TAB} |
7430 @end group
7431 @end smallexample
7432 @noindent
7433 @smallexample
7434 @group
7435 1:  [0, 0, 1, 1, 0, 0]   1:  2          1:  0
7436     .                        .              .
7438     V M a =                  V R +          0 a =
7439 @end group
7440 @end smallexample
7442 @noindent
7443 Note that we have to arrange for both vectors to have the same length
7444 so that the mapping operation works; no prime factor will ever be
7445 zero, so adding zeros on the left and right is safe.  From then on
7446 the job is pretty straightforward.
7448 Incidentally, Calc provides the 
7449 @texline @dfn{M@"obius} @math{\mu}
7450 @infoline @dfn{Moebius mu} 
7451 function which is zero if and only if its argument is square-free.  It
7452 would be a much more convenient way to do the above test in practice.
7454 @node List Answer 6, List Answer 7, List Answer 5, Answers to Exercises
7455 @subsection List Tutorial Exercise 6
7457 @noindent
7458 First use @kbd{v x 6 @key{RET}} to get a list of integers, then @kbd{V M v x}
7459 to get a list of lists of integers!
7461 @node List Answer 7, List Answer 8, List Answer 6, Answers to Exercises
7462 @subsection List Tutorial Exercise 7
7464 @noindent
7465 Here's one solution.  First, compute the triangular list from the previous
7466 exercise and type @kbd{1 -} to subtract one from all the elements.
7468 @smallexample
7469 @group
7470 1:  [ [0],
7471       [0, 1],
7472       [0, 1, 2],
7473       @dots{}
7475     1 -
7476 @end group
7477 @end smallexample
7479 The numbers down the lefthand edge of the list we desire are called
7480 the ``triangular numbers'' (now you know why!).  The @expr{n}th
7481 triangular number is the sum of the integers from 1 to @expr{n}, and
7482 can be computed directly by the formula 
7483 @texline @math{n (n+1) \over 2}.
7484 @infoline @expr{n * (n+1) / 2}.
7486 @smallexample
7487 @group
7488 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7489 1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5]      1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7490     .                           .
7492     v x 6 @key{RET} 1 -               V M ' $ ($+1)/2 @key{RET}
7493 @end group
7494 @end smallexample
7496 @noindent
7497 Adding this list to the above list of lists produces the desired
7498 result:
7500 @smallexample
7501 @group
7502 1:  [ [0],
7503       [1, 2],
7504       [3, 4, 5],
7505       [6, 7, 8, 9],
7506       [10, 11, 12, 13, 14],
7507       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
7508       .
7510       V M +
7511 @end group
7512 @end smallexample
7514 If we did not know the formula for triangular numbers, we could have
7515 computed them using a @kbd{V U +} command.  We could also have
7516 gotten them the hard way by mapping a reduction across the original
7517 triangular list.
7519 @smallexample
7520 @group
7521 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7522 1:  [ [0], [0, 1], ... ]    1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7523     .                           .
7525     @key{RET}                         V M V R +
7526 @end group
7527 @end smallexample
7529 @noindent
7530 (This means ``map a @kbd{V R +} command across the vector,'' and
7531 since each element of the main vector is itself a small vector,
7532 @kbd{V R +} computes the sum of its elements.)
7534 @node List Answer 8, List Answer 9, List Answer 7, Answers to Exercises
7535 @subsection List Tutorial Exercise 8
7537 @noindent
7538 The first step is to build a list of values of @expr{x}.
7540 @smallexample
7541 @group
7542 1:  [1, 2, 3, ..., 21]  1:  [0, 1, 2, ..., 20]  1:  [0, 0.25, 0.5, ..., 5]
7543     .                       .                       .
7545     v x 21 @key{RET}              1 -                     4 /  s 1
7546 @end group
7547 @end smallexample
7549 Next, we compute the Bessel function values.
7551 @smallexample
7552 @group
7553 1:  [0., 0.124, 0.242, ..., -0.328]
7554     .
7556     V M ' besJ(1,$) @key{RET}
7557 @end group
7558 @end smallexample
7560 @noindent
7561 (Another way to do this would be @kbd{1 @key{TAB} V M f j}.)
7563 A way to isolate the maximum value is to compute the maximum using
7564 @kbd{V R X}, then compare all the Bessel values with that maximum.
7566 @smallexample
7567 @group
7568 2:  [0., 0.124, 0.242, ... ]   1:  [0, 0, 0, ... ]    2:  [0, 0, 0, ... ]
7569 1:  0.5801562                      .                  1:  1
7570     .                                                     .
7572     @key{RET} V R X                      V M a =                @key{RET} V R +    @key{DEL}
7573 @end group
7574 @end smallexample
7576 @noindent
7577 It's a good idea to verify, as in the last step above, that only
7578 one value is equal to the maximum.  (After all, a plot of 
7579 @texline @math{\sin x}
7580 @infoline @expr{sin(x)}
7581 might have many points all equal to the maximum value, 1.)
7583 The vector we have now has a single 1 in the position that indicates
7584 the maximum value of @expr{x}.  Now it is a simple matter to convert
7585 this back into the corresponding value itself.
7587 @smallexample
7588 @group
7589 2:  [0, 0, 0, ... ]         1:  [0, 0., 0., ... ]    1:  1.75
7590 1:  [0, 0.25, 0.5, ... ]        .                        .
7591     .
7593     r 1                         V M *                    V R +
7594 @end group
7595 @end smallexample
7597 If @kbd{a =} had produced more than one @expr{1} value, this method
7598 would have given the sum of all maximum @expr{x} values; not very
7599 useful!  In this case we could have used @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector})
7600 instead.  This command deletes all elements of a ``data'' vector that
7601 correspond to zeros in a ``mask'' vector, leaving us with, in this
7602 example, a vector of maximum @expr{x} values.
7604 The built-in @kbd{a X} command maximizes a function using more
7605 efficient methods.  Just for illustration, let's use @kbd{a X}
7606 to maximize @samp{besJ(1,x)} over this same interval.
7608 @smallexample
7609 @group
7610 2:  besJ(1, x)                 1:  [1.84115, 0.581865]
7611 1:  [0 .. 5]                       .
7612     .
7614 ' besJ(1,x), [0..5] @key{RET}            a X x @key{RET}
7615 @end group
7616 @end smallexample
7618 @noindent
7619 The output from @kbd{a X} is a vector containing the value of @expr{x}
7620 that maximizes the function, and the function's value at that maximum.
7621 As you can see, our simple search got quite close to the right answer.
7623 @node List Answer 9, List Answer 10, List Answer 8, Answers to Exercises
7624 @subsection List Tutorial Exercise 9
7626 @noindent
7627 Step one is to convert our integer into vector notation.
7629 @smallexample
7630 @group
7631 1:  25129925999           3:  25129925999
7632     .                     2:  10
7633                           1:  [11, 10, 9, ..., 1, 0]
7634                               .
7636     25129925999 @key{RET}           10 @key{RET} 12 @key{RET} v x 12 @key{RET} -
7638 @end group
7639 @end smallexample
7640 @noindent
7641 @smallexample
7642 @group
7643 1:  25129925999              1:  [0, 2, 25, 251, 2512, ... ]
7644 2:  [100000000000, ... ]         .
7645     .
7647     V M ^   s 1                  V M \
7648 @end group
7649 @end smallexample
7651 @noindent
7652 (Recall, the @kbd{\} command computes an integer quotient.)
7654 @smallexample
7655 @group
7656 1:  [0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 5, 9, 9, 9]
7657     .
7659     10 V M %   s 2
7660 @end group
7661 @end smallexample
7663 Next we must increment this number.  This involves adding one to
7664 the last digit, plus handling carries.  There is a carry to the
7665 left out of a digit if that digit is a nine and all the digits to
7666 the right of it are nines.
7668 @smallexample
7669 @group
7670 1:  [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1]   1:  [1, 1, 1, 0, 0, 1, ... ]
7671     .                                          .
7673     9 V M a =                                  v v
7675 @end group
7676 @end smallexample
7677 @noindent
7678 @smallexample
7679 @group
7680 1:  [1, 1, 1, 0, 0, 0, ... ]   1:  [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]
7681     .                              .
7683     V U *                          v v 1 |
7684 @end group
7685 @end smallexample
7687 @noindent
7688 Accumulating @kbd{*} across a vector of ones and zeros will preserve
7689 only the initial run of ones.  These are the carries into all digits
7690 except the rightmost digit.  Concatenating a one on the right takes
7691 care of aligning the carries properly, and also adding one to the
7692 rightmost digit.
7694 @smallexample
7695 @group
7696 2:  [0, 0, 0, 0, ... ]     1:  [0, 0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 6, 0, 0, 0]
7697 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]         .
7698     .
7700     0 r 2 |                    V M +  10 V M %
7701 @end group
7702 @end smallexample
7704 @noindent
7705 Here we have concatenated 0 to the @emph{left} of the original number;
7706 this takes care of shifting the carries by one with respect to the
7707 digits that generated them.
7709 Finally, we must convert this list back into an integer.
7711 @smallexample
7712 @group
7713 3:  [0, 0, 2, 5, ... ]        2:  [0, 0, 2, 5, ... ]
7714 2:  1000000000000             1:  [1000000000000, 100000000000, ... ]
7715 1:  [100000000000, ... ]          .
7716     .
7718     10 @key{RET} 12 ^  r 1              |
7720 @end group
7721 @end smallexample
7722 @noindent
7723 @smallexample
7724 @group
7725 1:  [0, 0, 20000000000, 5000000000, ... ]    1:  25129926000
7726     .                                            .
7728     V M *                                        V R +
7729 @end group
7730 @end smallexample
7732 @noindent
7733 Another way to do this final step would be to reduce the formula
7734 @w{@samp{10 $$ + $}} across the vector of digits.
7736 @smallexample
7737 @group
7738 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]        1:  25129926000
7739     .                             .
7741                                   V R ' 10 $$ + $ @key{RET}
7742 @end group
7743 @end smallexample
7745 @node List Answer 10, List Answer 11, List Answer 9, Answers to Exercises
7746 @subsection List Tutorial Exercise 10
7748 @noindent
7749 For the list @expr{[a, b, c, d]}, the result is @expr{((a = b) = c) = d},
7750 which will compare @expr{a} and @expr{b} to produce a 1 or 0, which is
7751 then compared with @expr{c} to produce another 1 or 0, which is then
7752 compared with @expr{d}.  This is not at all what Joe wanted.
7754 Here's a more correct method:
7756 @smallexample
7757 @group
7758 1:  [7, 7, 7, 8, 7]      2:  [7, 7, 7, 8, 7]
7759     .                    1:  7
7760                              .
7762   ' [7,7,7,8,7] @key{RET}          @key{RET} v r 1 @key{RET}
7764 @end group
7765 @end smallexample
7766 @noindent
7767 @smallexample
7768 @group
7769 1:  [1, 1, 1, 0, 1]      1:  0
7770     .                        .
7772     V M a =                  V R *
7773 @end group
7774 @end smallexample
7776 @node List Answer 11, List Answer 12, List Answer 10, Answers to Exercises
7777 @subsection List Tutorial Exercise 11
7779 @noindent
7780 The circle of unit radius consists of those points @expr{(x,y)} for which
7781 @expr{x^2 + y^2 < 1}.  We start by generating a vector of @expr{x^2}
7782 and a vector of @expr{y^2}.
7784 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7785 commands.
7787 @smallexample
7788 @group
7789 2:  [2., 2., ..., 2.]          2:  [2., 2., ..., 2.]
7790 1:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [1.16, 1.98, ..., 0.81]
7791     .                              .
7793  v . t .  2. v b 100 @key{RET} @key{RET}       V M k r
7795 @end group
7796 @end smallexample
7797 @noindent
7798 @smallexample
7799 @group
7800 2:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]
7801 1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]  2:  [0.53, 0.81, ..., 0.094]
7802     .                              .
7804     1 -  2 V M ^                   @key{TAB}  V M k r  1 -  2 V M ^
7805 @end group
7806 @end smallexample
7808 Now we sum the @expr{x^2} and @expr{y^2} values, compare with 1 to
7809 get a vector of 1/0 truth values, then sum the truth values.
7811 @smallexample
7812 @group
7813 1:  [0.56, 1.78, ..., 0.13]    1:  [1, 0, ..., 1]    1:  84
7814     .                              .                     .
7816     +                              1 V M a <             V R +
7817 @end group
7818 @end smallexample
7820 @noindent
7821 The ratio @expr{84/100} should approximate the ratio @cpiover{4}.
7823 @smallexample
7824 @group
7825 1:  0.84       1:  3.36       2:  3.36       1:  1.0695
7826     .              .          1:  3.14159        .
7828     100 /          4 *            P              /
7829 @end group
7830 @end smallexample
7832 @noindent
7833 Our estimate, 3.36, is off by about 7%.  We could get a better estimate
7834 by taking more points (say, 1000), but it's clear that this method is
7835 not very efficient!
7837 (Naturally, since this example uses random numbers your own answer
7838 will be slightly different from the one shown here!)
7840 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7841 return to full-sized display of vectors.
7843 @node List Answer 12, List Answer 13, List Answer 11, Answers to Exercises
7844 @subsection List Tutorial Exercise 12
7846 @noindent
7847 This problem can be made a lot easier by taking advantage of some
7848 symmetries.  First of all, after some thought it's clear that the
7849 @expr{y} axis can be ignored altogether.  Just pick a random @expr{x}
7850 component for one end of the match, pick a random direction 
7851 @texline @math{\theta},
7852 @infoline @expr{theta},
7853 and see if @expr{x} and 
7854 @texline @math{x + \cos \theta}
7855 @infoline @expr{x + cos(theta)} 
7856 (which is the @expr{x} coordinate of the other endpoint) cross a line.
7857 The lines are at integer coordinates, so this happens when the two
7858 numbers surround an integer.
7860 Since the two endpoints are equivalent, we may as well choose the leftmost
7861 of the two endpoints as @expr{x}.  Then @expr{theta} is an angle pointing
7862 to the right, in the range -90 to 90 degrees.  (We could use radians, but
7863 it would feel like cheating to refer to @cpiover{2} radians while trying
7864 to estimate @cpi{}!)
7866 In fact, since the field of lines is infinite we can choose the
7867 coordinates 0 and 1 for the lines on either side of the leftmost
7868 endpoint.  The rightmost endpoint will be between 0 and 1 if the
7869 match does not cross a line, or between 1 and 2 if it does.  So:
7870 Pick random @expr{x} and 
7871 @texline @math{\theta},
7872 @infoline @expr{theta}, 
7873 compute
7874 @texline @math{x + \cos \theta},
7875 @infoline @expr{x + cos(theta)},
7876 and count how many of the results are greater than one.  Simple!
7878 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7879 commands.
7881 @smallexample
7882 @group
7883 1:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]
7884     .                          1:  [78.4, 64.5, ..., -42.9]
7885                                    .
7887 v . t . 1. v b 100 @key{RET}  V M k r    180. v b 100 @key{RET}  V M k r  90 -
7888 @end group
7889 @end smallexample
7891 @noindent
7892 (The next step may be slow, depending on the speed of your computer.)
7894 @smallexample
7895 @group
7896 2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    1:  [0.72, 1.14, ..., 1.45]
7897 1:  [0.20, 0.43, ..., 0.73]        .
7898     .
7900     m d  V M C                     +
7902 @end group
7903 @end smallexample
7904 @noindent
7905 @smallexample
7906 @group
7907 1:  [0, 1, ..., 1]       1:  0.64            1:  3.125
7908     .                        .                   .
7910     1 V M a >                V R + 100 /         2 @key{TAB} /
7911 @end group
7912 @end smallexample
7914 Let's try the third method, too.  We'll use random integers up to
7915 one million.  The @kbd{k r} command with an integer argument picks
7916 a random integer.
7918 @smallexample
7919 @group
7920 2:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   2:  [78489, 527587, ..., 814975]
7921 1:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   1:  [324014, 358783, ..., 955450]
7922     .                                      .
7924     1000000 v b 100 @key{RET} @key{RET}                V M k r  @key{TAB}  V M k r
7926 @end group
7927 @end smallexample
7928 @noindent
7929 @smallexample
7930 @group
7931 1:  [1, 1, ..., 25]      1:  [1, 1, ..., 0]     1:  0.56
7932     .                        .                      .
7934     V M k g                  1 V M a =              V R + 100 /
7936 @end group
7937 @end smallexample
7938 @noindent
7939 @smallexample
7940 @group
7941 1:  10.714        1:  3.273
7942     .                 .
7944     6 @key{TAB} /           Q
7945 @end group
7946 @end smallexample
7948 For a proof of this property of the GCD function, see section 4.5.2,
7949 exercise 10, of Knuth's @emph{Art of Computer Programming}, volume II.
7951 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7952 return to full-sized display of vectors.
7954 @node List Answer 13, List Answer 14, List Answer 12, Answers to Exercises
7955 @subsection List Tutorial Exercise 13
7957 @noindent
7958 First, we put the string on the stack as a vector of ASCII codes.
7960 @smallexample
7961 @group
7962 1:  [84, 101, 115, ..., 51]
7963     .
7965     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}
7966 @end group
7967 @end smallexample
7969 @noindent
7970 Note that the @kbd{"} key, like @kbd{$}, initiates algebraic entry so
7971 there was no need to type an apostrophe.  Also, Calc didn't mind that
7972 we omitted the closing @kbd{"}.  (The same goes for all closing delimiters
7973 like @kbd{)} and @kbd{]} at the end of a formula.
7975 We'll show two different approaches here.  In the first, we note that
7976 if the input vector is @expr{[a, b, c, d]}, then the hash code is
7977 @expr{3 (3 (3a + b) + c) + d = 27a + 9b + 3c + d}.  In other words,
7978 it's a sum of descending powers of three times the ASCII codes.
7980 @smallexample
7981 @group
7982 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    2:  [84, 101, 115, ..., 51]
7983 1:  16                         1:  [15, 14, 13, ..., 0]
7984     .                              .
7986     @key{RET} v l                        v x 16 @key{RET} -
7988 @end group
7989 @end smallexample
7990 @noindent
7991 @smallexample
7992 @group
7993 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098    1:  121
7994 1:  [14348907, ..., 1]             .                 .
7995     .
7997     3 @key{TAB} V M ^                    *                 511 %
7998 @end group
7999 @end smallexample
8001 @noindent
8002 Once again, @kbd{*} elegantly summarizes most of the computation.
8003 But there's an even more elegant approach:  Reduce the formula
8004 @kbd{3 $$ + $} across the vector.  Recall that this represents a
8005 function of two arguments that computes its first argument times three
8006 plus its second argument.
8008 @smallexample
8009 @group
8010 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098
8011     .                              .
8013     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' 3$$+$ @key{RET}
8014 @end group
8015 @end smallexample
8017 @noindent
8018 If you did the decimal arithmetic exercise, this will be familiar.
8019 Basically, we're turning a base-3 vector of digits into an integer,
8020 except that our ``digits'' are much larger than real digits.
8022 Instead of typing @kbd{511 %} again to reduce the result, we can be
8023 cleverer still and notice that rather than computing a huge integer
8024 and taking the modulo at the end, we can take the modulo at each step
8025 without affecting the result.  While this means there are more
8026 arithmetic operations, the numbers we operate on remain small so
8027 the operations are faster.
8029 @smallexample
8030 @group
8031 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  121
8032     .                              .
8034     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' (3$$+$)%511 @key{RET}
8035 @end group
8036 @end smallexample
8038 Why does this work?  Think about a two-step computation:
8039 @w{@expr{3 (3a + b) + c}}.  Taking a result modulo 511 basically means
8040 subtracting off enough 511's to put the result in the desired range.
8041 So the result when we take the modulo after every step is,
8043 @ifinfo
8044 @example
8045 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n
8046 @end example
8047 @end ifinfo
8048 @tex
8049 \turnoffactive
8050 \beforedisplay
8051 $$ 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n $$
8052 \afterdisplay
8053 @end tex
8055 @noindent
8056 for some suitable integers @expr{m} and @expr{n}.  Expanding out by
8057 the distributive law yields
8059 @ifinfo
8060 @example
8061 9 a + 3 b + c - 511*3 m - 511 n
8062 @end example
8063 @end ifinfo
8064 @tex
8065 \turnoffactive
8066 \beforedisplay
8067 $$ 9 a + 3 b + c - 511\times3 m - 511 n $$
8068 \afterdisplay
8069 @end tex
8071 @noindent
8072 The @expr{m} term in the latter formula is redundant because any
8073 contribution it makes could just as easily be made by the @expr{n}
8074 term.  So we can take it out to get an equivalent formula with
8075 @expr{n' = 3m + n},
8077 @ifinfo
8078 @example
8079 9 a + 3 b + c - 511 n'
8080 @end example
8081 @end ifinfo
8082 @tex
8083 \turnoffactive
8084 \beforedisplay
8085 $$ 9 a + 3 b + c - 511 n' $$
8086 \afterdisplay
8087 @end tex
8089 @noindent
8090 which is just the formula for taking the modulo only at the end of
8091 the calculation.  Therefore the two methods are essentially the same.
8093 Later in the tutorial we will encounter @dfn{modulo forms}, which
8094 basically automate the idea of reducing every intermediate result
8095 modulo some value @var{m}.
8097 @node List Answer 14, Types Answer 1, List Answer 13, Answers to Exercises
8098 @subsection List Tutorial Exercise 14
8100 We want to use @kbd{H V U} to nest a function which adds a random
8101 step to an @expr{(x,y)} coordinate.  The function is a bit long, but
8102 otherwise the problem is quite straightforward.
8104 @smallexample
8105 @group
8106 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,       0    ]
8107 1:  50               [  0.4288, -0.1695 ]
8108     .                [ -0.4787, -0.9027 ]
8109                      ...
8111     [0,0] 50       H V U ' <# + [random(2.0)-1, random(2.0)-1]> @key{RET}
8112 @end group
8113 @end smallexample
8115 Just as the text recommended, we used @samp{< >} nameless function
8116 notation to keep the two @code{random} calls from being evaluated
8117 before nesting even begins.
8119 We now have a vector of @expr{[x, y]} sub-vectors, which by Calc's
8120 rules acts like a matrix.  We can transpose this matrix and unpack
8121 to get a pair of vectors, @expr{x} and @expr{y}, suitable for graphing.
8123 @smallexample
8124 @group
8125 2:  [ 0, 0.4288, -0.4787, ... ]
8126 1:  [ 0, -0.1696, -0.9027, ... ]
8127     .
8129     v t  v u  g f
8130 @end group
8131 @end smallexample
8133 Incidentally, because the @expr{x} and @expr{y} are completely
8134 independent in this case, we could have done two separate commands
8135 to create our @expr{x} and @expr{y} vectors of numbers directly.
8137 To make a random walk of unit steps, we note that @code{sincos} of
8138 a random direction exactly gives us an @expr{[x, y]} step of unit
8139 length; in fact, the new nesting function is even briefer, though
8140 we might want to lower the precision a bit for it.
8142 @smallexample
8143 @group
8144 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,      0    ]
8145 1:  50               [  0.1318, 0.9912 ]
8146     .                [ -0.5965, 0.3061 ]
8147                      ...
8149     [0,0] 50   m d  p 6 @key{RET}   H V U ' <# + sincos(random(360.0))> @key{RET}
8150 @end group
8151 @end smallexample
8153 Another @kbd{v t v u g f} sequence will graph this new random walk.
8155 An interesting twist on these random walk functions would be to use
8156 complex numbers instead of 2-vectors to represent points on the plane.
8157 In the first example, we'd use something like @samp{random + random*(0,1)},
8158 and in the second we could use polar complex numbers with random phase
8159 angles.  (This exercise was first suggested in this form by Randal
8160 Schwartz.)
8162 @node Types Answer 1, Types Answer 2, List Answer 14, Answers to Exercises
8163 @subsection Types Tutorial Exercise 1
8165 @noindent
8166 If the number is the square root of @cpi{} times a rational number,
8167 then its square, divided by @cpi{}, should be a rational number.
8169 @smallexample
8170 @group
8171 1:  1.26508260337    1:  0.509433962268   1:  2486645810:4881193627
8172     .                    .                    .
8174                          2 ^ P /              c F
8175 @end group
8176 @end smallexample
8178 @noindent
8179 Technically speaking this is a rational number, but not one that is
8180 likely to have arisen in the original problem.  More likely, it just
8181 happens to be the fraction which most closely represents some
8182 irrational number to within 12 digits.
8184 But perhaps our result was not quite exact.  Let's reduce the
8185 precision slightly and try again:
8187 @smallexample
8188 @group
8189 1:  0.509433962268     1:  27:53
8190     .                      .
8192     U p 10 @key{RET}             c F
8193 @end group
8194 @end smallexample
8196 @noindent
8197 Aha!  It's unlikely that an irrational number would equal a fraction
8198 this simple to within ten digits, so our original number was probably
8199 @texline @math{\sqrt{27 \pi / 53}}.
8200 @infoline @expr{sqrt(27 pi / 53)}.
8202 Notice that we didn't need to re-round the number when we reduced the
8203 precision.  Remember, arithmetic operations always round their inputs
8204 to the current precision before they begin.
8206 @node Types Answer 2, Types Answer 3, Types Answer 1, Answers to Exercises
8207 @subsection Types Tutorial Exercise 2
8209 @noindent
8210 @samp{inf / inf = nan}.  Perhaps @samp{1} is the ``obvious'' answer.
8211 But if @w{@samp{17 inf = inf}}, then @samp{17 inf / inf = inf / inf = 17}, too.
8213 @samp{exp(inf) = inf}.  It's tempting to say that the exponential
8214 of infinity must be ``bigger'' than ``regular'' infinity, but as
8215 far as Calc is concerned all infinities are as just as big.
8216 In other words, as @expr{x} goes to infinity, @expr{e^x} also goes
8217 to infinity, but the fact the @expr{e^x} grows much faster than
8218 @expr{x} is not relevant here.
8220 @samp{exp(-inf) = 0}.  Here we have a finite answer even though
8221 the input is infinite.
8223 @samp{sqrt(-inf) = (0, 1) inf}.  Remember that @expr{(0, 1)}
8224 represents the imaginary number @expr{i}.  Here's a derivation:
8225 @samp{sqrt(-inf) = @w{sqrt((-1) * inf)} = sqrt(-1) * sqrt(inf)}.
8226 The first part is, by definition, @expr{i}; the second is @code{inf}
8227 because, once again, all infinities are the same size.
8229 @samp{sqrt(uinf) = uinf}.  In fact, we do know something about the
8230 direction because @code{sqrt} is defined to return a value in the
8231 right half of the complex plane.  But Calc has no notation for this,
8232 so it settles for the conservative answer @code{uinf}.
8234 @samp{abs(uinf) = inf}.  No matter which direction @expr{x} points,
8235 @samp{abs(x)} always points along the positive real axis.
8237 @samp{ln(0) = -inf}.  Here we have an infinite answer to a finite
8238 input.  As in the @expr{1 / 0} case, Calc will only use infinities
8239 here if you have turned on Infinite mode.  Otherwise, it will
8240 treat @samp{ln(0)} as an error.
8242 @node Types Answer 3, Types Answer 4, Types Answer 2, Answers to Exercises
8243 @subsection Types Tutorial Exercise 3
8245 @noindent
8246 We can make @samp{inf - inf} be any real number we like, say,
8247 @expr{a}, just by claiming that we added @expr{a} to the first
8248 infinity but not to the second.  This is just as true for complex
8249 values of @expr{a}, so @code{nan} can stand for a complex number.
8250 (And, similarly, @code{uinf} can stand for an infinity that points
8251 in any direction in the complex plane, such as @samp{(0, 1) inf}).
8253 In fact, we can multiply the first @code{inf} by two.  Surely
8254 @w{@samp{2 inf - inf = inf}}, but also @samp{2 inf - inf = inf - inf = nan}.
8255 So @code{nan} can even stand for infinity.  Obviously it's just
8256 as easy to make it stand for minus infinity as for plus infinity.
8258 The moral of this story is that ``infinity'' is a slippery fish
8259 indeed, and Calc tries to handle it by having a very simple model
8260 for infinities (only the direction counts, not the ``size''); but
8261 Calc is careful to write @code{nan} any time this simple model is
8262 unable to tell what the true answer is.
8264 @node Types Answer 4, Types Answer 5, Types Answer 3, Answers to Exercises
8265 @subsection Types Tutorial Exercise 4
8267 @smallexample
8268 @group
8269 2:  0@@ 47' 26"              1:  0@@ 2' 47.411765"
8270 1:  17                          .
8271     .
8273     0@@ 47' 26" @key{RET} 17           /
8274 @end group
8275 @end smallexample
8277 @noindent
8278 The average song length is two minutes and 47.4 seconds.
8280 @smallexample
8281 @group
8282 2:  0@@ 2' 47.411765"     1:  0@@ 3' 7.411765"    1:  0@@ 53' 6.000005"
8283 1:  0@@ 0' 20"                .                      .
8284     .
8286     20"                      +                      17 *
8287 @end group
8288 @end smallexample
8290 @noindent
8291 The album would be 53 minutes and 6 seconds long.
8293 @node Types Answer 5, Types Answer 6, Types Answer 4, Answers to Exercises
8294 @subsection Types Tutorial Exercise 5
8296 @noindent
8297 Let's suppose it's January 14, 1991.  The easiest thing to do is
8298 to keep trying 13ths of months until Calc reports a Friday.
8299 We can do this by manually entering dates, or by using @kbd{t I}:
8301 @smallexample
8302 @group
8303 1:  <Wed Feb 13, 1991>    1:  <Wed Mar 13, 1991>   1:  <Sat Apr 13, 1991>
8304     .                         .                        .
8306     ' <2/13> @key{RET}       @key{DEL}    ' <3/13> @key{RET}             t I
8307 @end group
8308 @end smallexample
8310 @noindent
8311 (Calc assumes the current year if you don't say otherwise.)
8313 This is getting tedious---we can keep advancing the date by typing
8314 @kbd{t I} over and over again, but let's automate the job by using
8315 vector mapping.  The @kbd{t I} command actually takes a second
8316 ``how-many-months'' argument, which defaults to one.  This
8317 argument is exactly what we want to map over:
8319 @smallexample
8320 @group
8321 2:  <Sat Apr 13, 1991>     1:  [<Mon May 13, 1991>, <Thu Jun 13, 1991>,
8322 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]          <Sat Jul 13, 1991>, <Tue Aug 13, 1991>,
8323     .                           <Fri Sep 13, 1991>, <Sun Oct 13, 1991>]
8324                                .
8326     v x 6 @key{RET}                  V M t I
8327 @end group
8328 @end smallexample
8330 @noindent
8331 Et voil@`a, September 13, 1991 is a Friday.
8333 @smallexample
8334 @group
8335 1:  242
8336     .
8338 ' <sep 13> - <jan 14> @key{RET}
8339 @end group
8340 @end smallexample
8342 @noindent
8343 And the answer to our original question:  242 days to go.
8345 @node Types Answer 6, Types Answer 7, Types Answer 5, Answers to Exercises
8346 @subsection Types Tutorial Exercise 6
8348 @noindent
8349 The full rule for leap years is that they occur in every year divisible
8350 by four, except that they don't occur in years divisible by 100, except
8351 that they @emph{do} in years divisible by 400.  We could work out the
8352 answer by carefully counting the years divisible by four and the
8353 exceptions, but there is a much simpler way that works even if we
8354 don't know the leap year rule.
8356 Let's assume the present year is 1991.  Years have 365 days, except
8357 that leap years (whenever they occur) have 366 days.  So let's count
8358 the number of days between now and then, and compare that to the
8359 number of years times 365.  The number of extra days we find must be
8360 equal to the number of leap years there were.
8362 @smallexample
8363 @group
8364 1:  <Mon Jan 1, 10001>     2:  <Mon Jan 1, 10001>     1:  2925593
8365     .                      1:  <Tue Jan 1, 1991>          .
8366                                .
8368   ' <jan 1 10001> @key{RET}         ' <jan 1 1991> @key{RET}          -
8370 @end group
8371 @end smallexample
8372 @noindent
8373 @smallexample
8374 @group
8375 3:  2925593       2:  2925593     2:  2925593     1:  1943
8376 2:  10001         1:  8010        1:  2923650         .
8377 1:  1991              .               .
8378     .
8380   10001 @key{RET} 1991      -               365 *           -
8381 @end group
8382 @end smallexample
8384 @c [fix-ref Date Forms]
8385 @noindent
8386 There will be 1943 leap years before the year 10001.  (Assuming,
8387 of course, that the algorithm for computing leap years remains
8388 unchanged for that long.  @xref{Date Forms}, for some interesting
8389 background information in that regard.)
8391 @node Types Answer 7, Types Answer 8, Types Answer 6, Answers to Exercises
8392 @subsection Types Tutorial Exercise 7
8394 @noindent
8395 The relative errors must be converted to absolute errors so that
8396 @samp{+/-} notation may be used.
8398 @smallexample
8399 @group
8400 1:  1.              2:  1.
8401     .               1:  0.2
8402                         .
8404     20 @key{RET} .05 *        4 @key{RET} .05 *
8405 @end group
8406 @end smallexample
8408 Now we simply chug through the formula.
8410 @smallexample
8411 @group
8412 1:  19.7392088022    1:  394.78 +/- 19.739    1:  6316.5 +/- 706.21
8413     .                    .                        .
8415     2 P 2 ^ *            20 p 1 *                 4 p .2 @key{RET} 2 ^ *
8416 @end group
8417 @end smallexample
8419 It turns out the @kbd{v u} command will unpack an error form as
8420 well as a vector.  This saves us some retyping of numbers.
8422 @smallexample
8423 @group
8424 3:  6316.5 +/- 706.21     2:  6316.5 +/- 706.21
8425 2:  6316.5                1:  0.1118
8426 1:  706.21                    .
8427     .
8429     @key{RET} v u                   @key{TAB} /
8430 @end group
8431 @end smallexample
8433 @noindent
8434 Thus the volume is 6316 cubic centimeters, within about 11 percent.
8436 @node Types Answer 8, Types Answer 9, Types Answer 7, Answers to Exercises
8437 @subsection Types Tutorial Exercise 8
8439 @noindent
8440 The first answer is pretty simple:  @samp{1 / (0 .. 10) = (0.1 .. inf)}.
8441 Since a number in the interval @samp{(0 .. 10)} can get arbitrarily
8442 close to zero, its reciprocal can get arbitrarily large, so the answer
8443 is an interval that effectively means, ``any number greater than 0.1''
8444 but with no upper bound.
8446 The second answer, similarly, is @samp{1 / (-10 .. 0) = (-inf .. -0.1)}.
8448 Calc normally treats division by zero as an error, so that the formula
8449 @w{@samp{1 / 0}} is left unsimplified.  Our third problem,
8450 @w{@samp{1 / [0 .. 10]}}, also (potentially) divides by zero because zero
8451 is now a member of the interval.  So Calc leaves this one unevaluated, too.
8453 If you turn on Infinite mode by pressing @kbd{m i}, you will
8454 instead get the answer @samp{[0.1 .. inf]}, which includes infinity
8455 as a possible value.
8457 The fourth calculation, @samp{1 / (-10 .. 10)}, has the same problem.
8458 Zero is buried inside the interval, but it's still a possible value.
8459 It's not hard to see that the actual result of @samp{1 / (-10 .. 10)}
8460 will be either greater than @mathit{0.1}, or less than @mathit{-0.1}.  Thus
8461 the interval goes from minus infinity to plus infinity, with a ``hole''
8462 in it from @mathit{-0.1} to @mathit{0.1}.  Calc doesn't have any way to
8463 represent this, so it just reports @samp{[-inf .. inf]} as the answer.
8464 It may be disappointing to hear ``the answer lies somewhere between
8465 minus infinity and plus infinity, inclusive,'' but that's the best
8466 that interval arithmetic can do in this case.
8468 @node Types Answer 9, Types Answer 10, Types Answer 8, Answers to Exercises
8469 @subsection Types Tutorial Exercise 9
8471 @smallexample
8472 @group
8473 1:  [-3 .. 3]       2:  [-3 .. 3]     2:  [0 .. 9]
8474     .               1:  [0 .. 9]      1:  [-9 .. 9]
8475                         .                 .
8477     [ 3 n .. 3 ]        @key{RET} 2 ^           @key{TAB} @key{RET} *
8478 @end group
8479 @end smallexample
8481 @noindent
8482 In the first case the result says, ``if a number is between @mathit{-3} and
8483 3, its square is between 0 and 9.''  The second case says, ``the product
8484 of two numbers each between @mathit{-3} and 3 is between @mathit{-9} and 9.''
8486 An interval form is not a number; it is a symbol that can stand for
8487 many different numbers.  Two identical-looking interval forms can stand
8488 for different numbers.
8490 The same issue arises when you try to square an error form.
8492 @node Types Answer 10, Types Answer 11, Types Answer 9, Answers to Exercises
8493 @subsection Types Tutorial Exercise 10
8495 @noindent
8496 Testing the first number, we might arbitrarily choose 17 for @expr{x}.
8498 @smallexample
8499 @group
8500 1:  17 mod 811749613   2:  17 mod 811749613   1:  533694123 mod 811749613
8501     .                      811749612              .
8502                            .
8504     17 M 811749613 @key{RET}     811749612              ^
8505 @end group
8506 @end smallexample
8508 @noindent
8509 Since 533694123 is (considerably) different from 1, the number 811749613
8510 must not be prime.
8512 It's awkward to type the number in twice as we did above.  There are
8513 various ways to avoid this, and algebraic entry is one.  In fact, using
8514 a vector mapping operation we can perform several tests at once.  Let's
8515 use this method to test the second number.
8517 @smallexample
8518 @group
8519 2:  [17, 42, 100000]               1:  [1 mod 15485863, 1 mod ... ]
8520 1:  15485863                           .
8521     .
8523  [17 42 100000] 15485863 @key{RET}           V M ' ($$ mod $)^($-1) @key{RET}
8524 @end group
8525 @end smallexample
8527 @noindent
8528 The result is three ones (modulo @expr{n}), so it's very probable that
8529 15485863 is prime.  (In fact, this number is the millionth prime.)
8531 Note that the functions @samp{($$^($-1)) mod $} or @samp{$$^($-1) % $}
8532 would have been hopelessly inefficient, since they would have calculated
8533 the power using full integer arithmetic.
8535 Calc has a @kbd{k p} command that does primality testing.  For small
8536 numbers it does an exact test; for large numbers it uses a variant
8537 of the Fermat test we used here.  You can use @kbd{k p} repeatedly
8538 to prove that a large integer is prime with any desired probability.
8540 @node Types Answer 11, Types Answer 12, Types Answer 10, Answers to Exercises
8541 @subsection Types Tutorial Exercise 11
8543 @noindent
8544 There are several ways to insert a calculated number into an HMS form.
8545 One way to convert a number of seconds to an HMS form is simply to
8546 multiply the number by an HMS form representing one second:
8548 @smallexample
8549 @group
8550 1:  31415926.5359     2:  31415926.5359     1:  8726@@ 38' 46.5359"
8551     .                 1:  0@@ 0' 1"              .
8552                           .
8554     P 1e7 *               0@@ 0' 1"              *
8556 @end group
8557 @end smallexample
8558 @noindent
8559 @smallexample
8560 @group
8561 2:  8726@@ 38' 46.5359"             1:  6@@ 6' 2.5359" mod 24@@ 0' 0"
8562 1:  15@@ 27' 16" mod 24@@ 0' 0"          .
8563     .
8565     x time @key{RET}                         +
8566 @end group
8567 @end smallexample
8569 @noindent
8570 It will be just after six in the morning.
8572 The algebraic @code{hms} function can also be used to build an
8573 HMS form:
8575 @smallexample
8576 @group
8577 1:  hms(0, 0, 10000000. pi)       1:  8726@@ 38' 46.5359"
8578     .                                 .
8580   ' hms(0, 0, 1e7 pi) @key{RET}             =
8581 @end group
8582 @end smallexample
8584 @noindent
8585 The @kbd{=} key is necessary to evaluate the symbol @samp{pi} to
8586 the actual number 3.14159...
8588 @node Types Answer 12, Types Answer 13, Types Answer 11, Answers to Exercises
8589 @subsection Types Tutorial Exercise 12
8591 @noindent
8592 As we recall, there are 17 songs of about 2 minutes and 47 seconds
8593 each.
8595 @smallexample
8596 @group
8597 2:  0@@ 2' 47"                    1:  [0@@ 3' 7" .. 0@@ 3' 47"]
8598 1:  [0@@ 0' 20" .. 0@@ 1' 0"]          .
8599     .
8601     [ 0@@ 20" .. 0@@ 1' ]              +
8603 @end group
8604 @end smallexample
8605 @noindent
8606 @smallexample
8607 @group
8608 1:  [0@@ 52' 59." .. 1@@ 4' 19."]
8609     .
8611     17 *
8612 @end group
8613 @end smallexample
8615 @noindent
8616 No matter how long it is, the album will fit nicely on one CD.
8618 @node Types Answer 13, Types Answer 14, Types Answer 12, Answers to Exercises
8619 @subsection Types Tutorial Exercise 13
8621 @noindent
8622 Type @kbd{' 1 yr @key{RET} u c s @key{RET}}.  The answer is 31557600 seconds.
8624 @node Types Answer 14, Types Answer 15, Types Answer 13, Answers to Exercises
8625 @subsection Types Tutorial Exercise 14
8627 @noindent
8628 How long will it take for a signal to get from one end of the computer
8629 to the other?
8631 @smallexample
8632 @group
8633 1:  m / c         1:  3.3356 ns
8634     .                 .
8636  ' 1 m / c @key{RET}        u c ns @key{RET}
8637 @end group
8638 @end smallexample
8640 @noindent
8641 (Recall, @samp{c} is a ``unit'' corresponding to the speed of light.)
8643 @smallexample
8644 @group
8645 1:  3.3356 ns     1:  0.81356 ns / ns     1:  0.81356
8646 2:  4.1 ns            .                       .
8647     .
8649   ' 4.1 ns @key{RET}        /                       u s
8650 @end group
8651 @end smallexample
8653 @noindent
8654 Thus a signal could take up to 81 percent of a clock cycle just to
8655 go from one place to another inside the computer, assuming the signal
8656 could actually attain the full speed of light.  Pretty tight!
8658 @node Types Answer 15, Algebra Answer 1, Types Answer 14, Answers to Exercises
8659 @subsection Types Tutorial Exercise 15
8661 @noindent
8662 The speed limit is 55 miles per hour on most highways.  We want to
8663 find the ratio of Sam's speed to the US speed limit.
8665 @smallexample
8666 @group
8667 1:  55 mph         2:  55 mph           3:  11 hr mph / yd
8668     .              1:  5 yd / hr            .
8669                        .
8671   ' 55 mph @key{RET}       ' 5 yd/hr @key{RET}          /
8672 @end group
8673 @end smallexample
8675 The @kbd{u s} command cancels out these units to get a plain
8676 number.  Now we take the logarithm base two to find the final
8677 answer, assuming that each successive pill doubles his speed.
8679 @smallexample
8680 @group
8681 1:  19360.       2:  19360.       1:  14.24
8682     .            1:  2                .
8683                      .
8685     u s              2                B
8686 @end group
8687 @end smallexample
8689 @noindent
8690 Thus Sam can take up to 14 pills without a worry.
8692 @node Algebra Answer 1, Algebra Answer 2, Types Answer 15, Answers to Exercises
8693 @subsection Algebra Tutorial Exercise 1
8695 @noindent
8696 @c [fix-ref Declarations]
8697 The result @samp{sqrt(x)^2} is simplified back to @expr{x} by the
8698 Calculator, but @samp{sqrt(x^2)} is not.  (Consider what happens
8699 if @w{@expr{x = -4}}.)  If @expr{x} is real, this formula could be
8700 simplified to @samp{abs(x)}, but for general complex arguments even
8701 that is not safe.  (@xref{Declarations}, for a way to tell Calc
8702 that @expr{x} is known to be real.)
8704 @node Algebra Answer 2, Algebra Answer 3, Algebra Answer 1, Answers to Exercises
8705 @subsection Algebra Tutorial Exercise 2
8707 @noindent
8708 Suppose our roots are @expr{[a, b, c]}.  We want a polynomial which
8709 is zero when @expr{x} is any of these values.  The trivial polynomial
8710 @expr{x-a} is zero when @expr{x=a}, so the product @expr{(x-a)(x-b)(x-c)}
8711 will do the job.  We can use @kbd{a c x} to write this in a more
8712 familiar form.
8714 @smallexample
8715 @group
8716 1:  34 x - 24 x^3          1:  [1.19023, -1.19023, 0]
8717     .                          .
8719     r 2                        a P x @key{RET}
8721 @end group
8722 @end smallexample
8723 @noindent
8724 @smallexample
8725 @group
8726 1:  [x - 1.19023, x + 1.19023, x]     1:  (x - 1.19023) (x + 1.19023) x
8727     .                                     .
8729     V M ' x-$ @key{RET}                         V R *
8731 @end group
8732 @end smallexample
8733 @noindent
8734 @smallexample
8735 @group
8736 1:  x^3 - 1.41666 x        1:  34 x - 24 x^3
8737     .                          .
8739     a c x @key{RET}                  24 n *  a x
8740 @end group
8741 @end smallexample
8743 @noindent
8744 Sure enough, our answer (multiplied by a suitable constant) is the
8745 same as the original polynomial.
8747 @node Algebra Answer 3, Algebra Answer 4, Algebra Answer 2, Answers to Exercises
8748 @subsection Algebra Tutorial Exercise 3
8750 @smallexample
8751 @group
8752 1:  x sin(pi x)         1:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8753     .                       .
8755   ' x sin(pi x) @key{RET}   m r   a i x @key{RET}
8757 @end group
8758 @end smallexample
8759 @noindent
8760 @smallexample
8761 @group
8762 1:  [y, 1]
8763 2:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8764     .
8766   ' [y,1] @key{RET} @key{TAB}
8768 @end group
8769 @end smallexample
8770 @noindent
8771 @smallexample
8772 @group
8773 1:  [(sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2, (sin(pi) - pi cos(pi)) / pi^2]
8774     .
8776     V M $ @key{RET}
8778 @end group
8779 @end smallexample
8780 @noindent
8781 @smallexample
8782 @group
8783 1:  (sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2 + (pi cos(pi) - sin(pi)) / pi^2
8784     .
8786     V R -
8788 @end group
8789 @end smallexample
8790 @noindent
8791 @smallexample
8792 @group
8793 1:  (sin(3.14159 y) - 3.14159 y cos(3.14159 y)) / 9.8696 - 0.3183
8794     .
8796     =
8798 @end group
8799 @end smallexample
8800 @noindent
8801 @smallexample
8802 @group
8803 1:  [0., -0.95493, 0.63662, -1.5915, 1.2732]
8804     .
8806     v x 5 @key{RET}  @key{TAB}  V M $ @key{RET}
8807 @end group
8808 @end smallexample
8810 @node Algebra Answer 4, Rewrites Answer 1, Algebra Answer 3, Answers to Exercises
8811 @subsection Algebra Tutorial Exercise 4
8813 @noindent
8814 The hard part is that @kbd{V R +} is no longer sufficient to add up all
8815 the contributions from the slices, since the slices have varying
8816 coefficients.  So first we must come up with a vector of these
8817 coefficients.  Here's one way:
8819 @smallexample
8820 @group
8821 2:  -1                 2:  3                    1:  [4, 2, ..., 4]
8822 1:  [1, 2, ..., 9]     1:  [-1, 1, ..., -1]         .
8823     .                      .
8825     1 n v x 9 @key{RET}          V M ^  3 @key{TAB}             -
8827 @end group
8828 @end smallexample
8829 @noindent
8830 @smallexample
8831 @group
8832 1:  [4, 2, ..., 4, 1]      1:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8833     .                          .
8835     1 |                        1 @key{TAB} |
8836 @end group
8837 @end smallexample
8839 @noindent
8840 Now we compute the function values.  Note that for this method we need
8841 eleven values, including both endpoints of the desired interval.
8843 @smallexample
8844 @group
8845 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8846 1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9, 2.]
8847     .
8849  11 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}  C-u v x
8851 @end group
8852 @end smallexample
8853 @noindent
8854 @smallexample
8855 @group
8856 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8857 1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
8858     .
8860     ' sin(x) ln(x) @key{RET}   m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
8861 @end group
8862 @end smallexample
8864 @noindent
8865 Once again this calls for @kbd{V M * V R +}; a simple @kbd{*} does the
8866 same thing.
8868 @smallexample
8869 @group
8870 1:  11.22      1:  1.122      1:  0.374
8871     .              .              .
8873     *              .1 *           3 /
8874 @end group
8875 @end smallexample
8877 @noindent
8878 Wow!  That's even better than the result from the Taylor series method.
8880 @node Rewrites Answer 1, Rewrites Answer 2, Algebra Answer 4, Answers to Exercises
8881 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 1
8883 @noindent
8884 We'll use Big mode to make the formulas more readable.
8886 @smallexample
8887 @group
8888                                                ___
8889                                           2 + V 2
8890 1:  (2 + sqrt(2)) / (1 + sqrt(2))     1:  --------
8891     .                                          ___
8892                                           1 + V 2
8894                                           .
8896   ' (2+sqrt(2)) / (1+sqrt(2)) @key{RET}         d B
8897 @end group
8898 @end smallexample
8900 @noindent
8901 Multiplying by the conjugate helps because @expr{(a+b) (a-b) = a^2 - b^2}.
8903 @smallexample
8904 @group
8905           ___    ___
8906 1:  (2 + V 2 ) (V 2  - 1)
8907     .
8909   a r a/(b+c) := a*(b-c) / (b^2-c^2) @key{RET}
8911 @end group
8912 @end smallexample
8913 @noindent
8914 @smallexample
8915 @group
8916          ___                         ___
8917 1:  2 + V 2  - 2                1:  V 2
8918     .                               .
8920   a r a*(b+c) := a*b + a*c          a s
8921 @end group
8922 @end smallexample
8924 @noindent
8925 (We could have used @kbd{a x} instead of a rewrite rule for the
8926 second step.)
8928 The multiply-by-conjugate rule turns out to be useful in many
8929 different circumstances, such as when the denominator involves
8930 sines and cosines or the imaginary constant @code{i}.
8932 @node Rewrites Answer 2, Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 1, Answers to Exercises
8933 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 2
8935 @noindent
8936 Here is the rule set:
8938 @smallexample
8939 @group
8940 [ fib(n) := fib(n, 1, 1) :: integer(n) :: n >= 1,
8941   fib(1, x, y) := x,
8942   fib(n, x, y) := fib(n-1, y, x+y) ]
8943 @end group
8944 @end smallexample
8946 @noindent
8947 The first rule turns a one-argument @code{fib} that people like to write
8948 into a three-argument @code{fib} that makes computation easier.  The
8949 second rule converts back from three-argument form once the computation
8950 is done.  The third rule does the computation itself.  It basically
8951 says that if @expr{x} and @expr{y} are two consecutive Fibonacci numbers,
8952 then @expr{y} and @expr{x+y} are the next (overlapping) pair of Fibonacci
8953 numbers.
8955 Notice that because the number @expr{n} was ``validated'' by the
8956 conditions on the first rule, there is no need to put conditions on
8957 the other rules because the rule set would never get that far unless
8958 the input were valid.  That further speeds computation, since no
8959 extra conditions need to be checked at every step.
8961 Actually, a user with a nasty sense of humor could enter a bad
8962 three-argument @code{fib} call directly, say, @samp{fib(0, 1, 1)},
8963 which would get the rules into an infinite loop.  One thing that would
8964 help keep this from happening by accident would be to use something like
8965 @samp{ZzFib} instead of @code{fib} as the name of the three-argument
8966 function.
8968 @node Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 2, Answers to Exercises
8969 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 3
8971 @noindent
8972 He got an infinite loop.  First, Calc did as expected and rewrote
8973 @w{@samp{2 + 3 x}} to @samp{f(2, 3, x)}.  Then it looked for ways to
8974 apply the rule again, and found that @samp{f(2, 3, x)} looks like
8975 @samp{a + b x} with @w{@samp{a = 0}} and @samp{b = 1}, so it rewrote to
8976 @samp{f(0, 1, f(2, 3, x))}.  It then wrapped another @samp{f(0, 1, ...)}
8977 around that, and so on, ad infinitum.  Joe should have used @kbd{M-1 a r}
8978 to make sure the rule applied only once.
8980 (Actually, even the first step didn't work as he expected.  What Calc
8981 really gives for @kbd{M-1 a r} in this situation is @samp{f(3 x, 1, 2)},
8982 treating 2 as the ``variable,'' and @samp{3 x} as a constant being added
8983 to it.  While this may seem odd, it's just as valid a solution as the
8984 ``obvious'' one.  One way to fix this would be to add the condition
8985 @samp{:: variable(x)} to the rule, to make sure the thing that matches
8986 @samp{x} is indeed a variable, or to change @samp{x} to @samp{quote(x)}
8987 on the lefthand side, so that the rule matches the actual variable
8988 @samp{x} rather than letting @samp{x} stand for something else.)
8990 @node Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 3, Answers to Exercises
8991 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 4
8993 @noindent
8994 @ignore
8995 @starindex
8996 @end ignore
8997 @tindex seq
8998 Here is a suitable set of rules to solve the first part of the problem:
9000 @smallexample
9001 @group
9002 [ seq(n, c) := seq(n/2,  c+1) :: n%2 = 0,
9003   seq(n, c) := seq(3n+1, c+1) :: n%2 = 1 :: n > 1 ]
9004 @end group
9005 @end smallexample
9007 Given the initial formula @samp{seq(6, 0)}, application of these
9008 rules produces the following sequence of formulas:
9010 @example
9011 seq( 3, 1)
9012 seq(10, 2)
9013 seq( 5, 3)
9014 seq(16, 4)
9015 seq( 8, 5)
9016 seq( 4, 6)
9017 seq( 2, 7)
9018 seq( 1, 8)
9019 @end example
9021 @noindent
9022 whereupon neither of the rules match, and rewriting stops.
9024 We can pretty this up a bit with a couple more rules:
9026 @smallexample
9027 @group
9028 [ seq(n) := seq(n, 0),
9029   seq(1, c) := c,
9030   ... ]
9031 @end group
9032 @end smallexample
9034 @noindent
9035 Now, given @samp{seq(6)} as the starting configuration, we get 8
9036 as the result.
9038 The change to return a vector is quite simple:
9040 @smallexample
9041 @group
9042 [ seq(n) := seq(n, []) :: integer(n) :: n > 0,
9043   seq(1, v) := v | 1,
9044   seq(n, v) := seq(n/2,  v | n) :: n%2 = 0,
9045   seq(n, v) := seq(3n+1, v | n) :: n%2 = 1 ]
9046 @end group
9047 @end smallexample
9049 @noindent
9050 Given @samp{seq(6)}, the result is @samp{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
9052 Notice that the @expr{n > 1} guard is no longer necessary on the last
9053 rule since the @expr{n = 1} case is now detected by another rule.
9054 But a guard has been added to the initial rule to make sure the
9055 initial value is suitable before the computation begins.
9057 While still a good idea, this guard is not as vitally important as it
9058 was for the @code{fib} function, since calling, say, @samp{seq(x, [])}
9059 will not get into an infinite loop.  Calc will not be able to prove
9060 the symbol @samp{x} is either even or odd, so none of the rules will
9061 apply and the rewrites will stop right away.
9063 @node Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 4, Answers to Exercises
9064 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 5
9066 @noindent
9067 @ignore
9068 @starindex
9069 @end ignore
9070 @tindex nterms
9071 If @expr{x} is the sum @expr{a + b}, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' must
9072 be `@tfn{nterms(}@var{a}@tfn{)}' plus `@tfn{nterms(}@var{b}@tfn{)}'.  If @expr{x}
9073 is not a sum, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' = 1.
9075 @smallexample
9076 @group
9077 [ nterms(a + b) := nterms(a) + nterms(b),
9078   nterms(x)     := 1 ]
9079 @end group
9080 @end smallexample
9082 @noindent
9083 Here we have taken advantage of the fact that earlier rules always
9084 match before later rules; @samp{nterms(x)} will only be tried if we
9085 already know that @samp{x} is not a sum.
9087 @node Rewrites Answer 6, Programming Answer 1, Rewrites Answer 5, Answers to Exercises
9088 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 6
9090 @noindent
9091 Here is a rule set that will do the job:
9093 @smallexample
9094 @group
9095 [ a*(b + c) := a*b + a*c,
9096   opt(a) O(x^n) + opt(b) O(x^m) := O(x^n) :: n <= m
9097      :: constant(a) :: constant(b),
9098   opt(a) O(x^n) + opt(b) x^m := O(x^n) :: n <= m
9099      :: constant(a) :: constant(b),
9100   a O(x^n) := O(x^n) :: constant(a),
9101   x^opt(m) O(x^n) := O(x^(n+m)),
9102   O(x^n) O(x^m) := O(x^(n+m)) ]
9103 @end group
9104 @end smallexample
9106 If we really want the @kbd{+} and @kbd{*} keys to operate naturally
9107 on power series, we should put these rules in @code{EvalRules}.  For
9108 testing purposes, it is better to put them in a different variable,
9109 say, @code{O}, first.
9111 The first rule just expands products of sums so that the rest of the
9112 rules can assume they have an expanded-out polynomial to work with.
9113 Note that this rule does not mention @samp{O} at all, so it will
9114 apply to any product-of-sum it encounters---this rule may surprise
9115 you if you put it into @code{EvalRules}!
9117 In the second rule, the sum of two O's is changed to the smaller O.
9118 The optional constant coefficients are there mostly so that
9119 @samp{O(x^2) - O(x^3)} and @samp{O(x^3) - O(x^2)} are handled
9120 as well as @samp{O(x^2) + O(x^3)}.
9122 The third rule absorbs higher powers of @samp{x} into O's.
9124 The fourth rule says that a constant times a negligible quantity
9125 is still negligible.  (This rule will also match @samp{O(x^3) / 4},
9126 with @samp{a = 1/4}.)
9128 The fifth rule rewrites, for example, @samp{x^2 O(x^3)} to @samp{O(x^5)}.
9129 (It is easy to see that if one of these forms is negligible, the other
9130 is, too.)  Notice the @samp{x^opt(m)} to pick up terms like
9131 @w{@samp{x O(x^3)}}.  Optional powers will match @samp{x} as @samp{x^1}
9132 but not 1 as @samp{x^0}.  This turns out to be exactly what we want here.
9134 The sixth rule is the corresponding rule for products of two O's.
9136 Another way to solve this problem would be to create a new ``data type''
9137 that represents truncated power series.  We might represent these as
9138 function calls @samp{series(@var{coefs}, @var{x})} where @var{coefs} is
9139 a vector of coefficients for @expr{x^0}, @expr{x^1}, @expr{x^2}, and so
9140 on.  Rules would exist for sums and products of such @code{series}
9141 objects, and as an optional convenience could also know how to combine a
9142 @code{series} object with a normal polynomial.  (With this, and with a
9143 rule that rewrites @samp{O(x^n)} to the equivalent @code{series} form,
9144 you could still enter power series in exactly the same notation as
9145 before.)  Operations on such objects would probably be more efficient,
9146 although the objects would be a bit harder to read.
9148 @c [fix-ref Compositions]
9149 Some other symbolic math programs provide a power series data type
9150 similar to this.  Mathematica, for example, has an object that looks
9151 like @samp{PowerSeries[@var{x}, @var{x0}, @var{coefs}, @var{nmin},
9152 @var{nmax}, @var{den}]}, where @var{x0} is the point about which the
9153 power series is taken (we've been assuming this was always zero),
9154 and @var{nmin}, @var{nmax}, and @var{den} allow pseudo-power-series
9155 with fractional or negative powers.  Also, the @code{PowerSeries}
9156 objects have a special display format that makes them look like
9157 @samp{2 x^2 + O(x^4)} when they are printed out.  (@xref{Compositions},
9158 for a way to do this in Calc, although for something as involved as
9159 this it would probably be better to write the formatting routine
9160 in Lisp.)
9162 @node Programming Answer 1, Programming Answer 2, Rewrites Answer 6, Answers to Exercises
9163 @subsection Programming Tutorial Exercise 1
9165 @noindent
9166 Just enter the formula @samp{ninteg(sin(t)/t, t, 0, x)}, type
9167 @kbd{Z F}, and answer the questions.  Since this formula contains two
9168 variables, the default argument list will be @samp{(t x)}.  We want to
9169 change this to @samp{(x)} since @expr{t} is really a dummy variable
9170 to be used within @code{ninteg}.
9172 The exact keystrokes are @kbd{Z F s Si @key{RET} @key{RET} C-b C-b @key{DEL} @key{DEL} @key{RET} y}.
9173 (The @kbd{C-b C-b @key{DEL} @key{DEL}} are what fix the argument list.)
9175 @node Programming Answer 2, Programming Answer 3, Programming Answer 1, Answers to Exercises
9176 @subsection Programming Tutorial Exercise 2
9178 @noindent
9179 One way is to move the number to the top of the stack, operate on
9180 it, then move it back:  @kbd{C-x ( M-@key{TAB} n M-@key{TAB} M-@key{TAB} C-x )}.
9182 Another way is to negate the top three stack entries, then negate
9183 again the top two stack entries:  @kbd{C-x ( M-3 n M-2 n C-x )}.
9185 Finally, it turns out that a negative prefix argument causes a
9186 command like @kbd{n} to operate on the specified stack entry only,
9187 which is just what we want:  @kbd{C-x ( M-- 3 n C-x )}.
9189 Just for kicks, let's also do it algebraically:
9190 @w{@kbd{C-x ( ' -$$$, $$, $ @key{RET} C-x )}}.
9192 @node Programming Answer 3, Programming Answer 4, Programming Answer 2, Answers to Exercises
9193 @subsection Programming Tutorial Exercise 3
9195 @noindent
9196 Each of these functions can be computed using the stack, or using
9197 algebraic entry, whichever way you prefer:
9199 @noindent
9200 Computing 
9201 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}}:
9202 @infoline @expr{sin(x) / x}:
9204 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{RET} S @key{TAB} /  C-x )}.
9206 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' sin($)/$ @key{RET}  C-x )}.
9208 @noindent
9209 Computing the logarithm:
9211 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{TAB} B  C-x )}
9213 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' log($,$$) @key{RET}  C-x )}.
9215 @noindent
9216 Computing the vector of integers:
9218 Using the stack:  @kbd{C-x (  1 @key{RET} 1  C-u v x  C-x )}.  (Recall that
9219 @kbd{C-u v x} takes the vector size, starting value, and increment
9220 from the stack.)
9222 Alternatively:  @kbd{C-x (  ~ v x  C-x )}.  (The @kbd{~} key pops a
9223 number from the stack and uses it as the prefix argument for the
9224 next command.)
9226 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' index($) @key{RET}  C-x )}.
9228 @node Programming Answer 4, Programming Answer 5, Programming Answer 3, Answers to Exercises
9229 @subsection Programming Tutorial Exercise 4
9231 @noindent
9232 Here's one way:  @kbd{C-x ( @key{RET} V R + @key{TAB} v l / C-x )}.
9234 @node Programming Answer 5, Programming Answer 6, Programming Answer 4, Answers to Exercises
9235 @subsection Programming Tutorial Exercise 5
9237 @smallexample
9238 @group
9239 2:  1              1:  1.61803398502         2:  1.61803398502
9240 1:  20                 .                     1:  1.61803398875
9241     .                                            .
9243    1 @key{RET} 20         Z < & 1 + Z >                I H P
9244 @end group
9245 @end smallexample
9247 @noindent
9248 This answer is quite accurate.
9250 @node Programming Answer 6, Programming Answer 7, Programming Answer 5, Answers to Exercises
9251 @subsection Programming Tutorial Exercise 6
9253 @noindent
9254 Here is the matrix:
9256 @example
9257 [ [ 0, 1 ]   * [a, b] = [b, a + b]
9258   [ 1, 1 ] ]
9259 @end example
9261 @noindent
9262 Thus @samp{[0, 1; 1, 1]^n * [1, 1]} computes Fibonacci numbers @expr{n+1}
9263 and @expr{n+2}.  Here's one program that does the job:
9265 @example
9266 C-x ( ' [0, 1; 1, 1] ^ ($-1) * [1, 1] @key{RET} v u @key{DEL} C-x )
9267 @end example
9269 @noindent
9270 This program is quite efficient because Calc knows how to raise a
9271 matrix (or other value) to the power @expr{n} in only 
9272 @texline @math{\log_2 n}
9273 @infoline @expr{log(n,2)}
9274 steps.  For example, this program can compute the 1000th Fibonacci
9275 number (a 209-digit integer!) in about 10 steps; even though the
9276 @kbd{Z < ... Z >} solution had much simpler steps, it would have
9277 required so many steps that it would not have been practical.
9279 @node Programming Answer 7, Programming Answer 8, Programming Answer 6, Answers to Exercises
9280 @subsection Programming Tutorial Exercise 7
9282 @noindent
9283 The trick here is to compute the harmonic numbers differently, so that
9284 the loop counter itself accumulates the sum of reciprocals.  We use
9285 a separate variable to hold the integer counter.
9287 @smallexample
9288 @group
9289 1:  1          2:  1       1:  .
9290     .          1:  4
9291                    .
9293     1 t 1       1 @key{RET} 4      Z ( t 2 r 1 1 + s 1 & Z )
9294 @end group
9295 @end smallexample
9297 @noindent
9298 The body of the loop goes as follows:  First save the harmonic sum
9299 so far in variable 2.  Then delete it from the stack; the for loop
9300 itself will take care of remembering it for us.  Next, recall the
9301 count from variable 1, add one to it, and feed its reciprocal to
9302 the for loop to use as the step value.  The for loop will increase
9303 the ``loop counter'' by that amount and keep going until the
9304 loop counter exceeds 4.
9306 @smallexample
9307 @group
9308 2:  31                  3:  31
9309 1:  3.99498713092       2:  3.99498713092
9310     .                   1:  4.02724519544
9311                             .
9313     r 1 r 2                 @key{RET} 31 & +
9314 @end group
9315 @end smallexample
9317 Thus we find that the 30th harmonic number is 3.99, and the 31st
9318 harmonic number is 4.02.
9320 @node Programming Answer 8, Programming Answer 9, Programming Answer 7, Answers to Exercises
9321 @subsection Programming Tutorial Exercise 8
9323 @noindent
9324 The first step is to compute the derivative @expr{f'(x)} and thus
9325 the formula 
9326 @texline @math{\displaystyle{x - {f(x) \over f'(x)}}}.
9327 @infoline @expr{x - f(x)/f'(x)}.
9329 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9330 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9331 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9332 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9333 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9334 just for purposes of illustration.)
9336 @smallexample
9337 @group
9338 2:  sin(cos(x)) - 0.5            3:  4.5
9339 1:  4.5                          2:  sin(cos(x)) - 0.5
9340     .                            1:  -(sin(x) cos(cos(x)))
9341                                      .
9343 ' sin(cos(x))-0.5 @key{RET} 4.5  m r  C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}
9345 @end group
9346 @end smallexample
9347 @noindent
9348 @smallexample
9349 @group
9350 2:  4.5
9351 1:  x + (sin(cos(x)) - 0.5) / sin(x) cos(cos(x))
9352     .
9354     /  ' x @key{RET} @key{TAB} -   t 1
9355 @end group
9356 @end smallexample
9358 Now, we enter the loop.  We'll use a repeat loop with a 20-repetition
9359 limit just in case the method fails to converge for some reason.
9360 (Normally, the @w{@kbd{Z /}} command will stop the loop before all 20
9361 repetitions are done.)
9363 @smallexample
9364 @group
9365 1:  4.5         3:  4.5                     2:  4.5
9366     .           2:  x + (sin(cos(x)) ...    1:  5.24196456928
9367                 1:  4.5                         .
9368                     .
9370   20 Z <          @key{RET} r 1 @key{TAB}                 s l x @key{RET}
9371 @end group
9372 @end smallexample
9374 This is the new guess for @expr{x}.  Now we compare it with the
9375 old one to see if we've converged.
9377 @smallexample
9378 @group
9379 3:  5.24196     2:  5.24196     1:  5.24196     1:  5.26345856348
9380 2:  5.24196     1:  0               .               .
9381 1:  4.5             .
9382     .
9384   @key{RET} M-@key{TAB}         a =             Z /             Z > Z ' C-x )
9385 @end group
9386 @end smallexample
9388 The loop converges in just a few steps to this value.  To check
9389 the result, we can simply substitute it back into the equation.
9391 @smallexample
9392 @group
9393 2:  5.26345856348
9394 1:  0.499999999997
9395     .
9397  @key{RET} ' sin(cos($)) @key{RET}
9398 @end group
9399 @end smallexample
9401 Let's test the new definition again:
9403 @smallexample
9404 @group
9405 2:  x^2 - 9           1:  3.
9406 1:  1                     .
9407     .
9409   ' x^2-9 @key{RET} 1           X
9410 @end group
9411 @end smallexample
9413 Once again, here's the full Newton's Method definition:
9415 @example
9416 @group
9417 C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}  /  ' x @key{RET} @key{TAB} -  t 1
9418            20 Z <  @key{RET} r 1 @key{TAB}  s l x @key{RET}
9419                    @key{RET} M-@key{TAB}  a =  Z /
9420               Z >
9421       Z '
9422 C-x )
9423 @end group
9424 @end example
9426 @c [fix-ref Nesting and Fixed Points]
9427 It turns out that Calc has a built-in command for applying a formula
9428 repeatedly until it converges to a number.  @xref{Nesting and Fixed Points},
9429 to see how to use it.
9431 @c [fix-ref Root Finding]
9432 Also, of course, @kbd{a R} is a built-in command that uses Newton's
9433 method (among others) to look for numerical solutions to any equation.
9434 @xref{Root Finding}.
9436 @node Programming Answer 9, Programming Answer 10, Programming Answer 8, Answers to Exercises
9437 @subsection Programming Tutorial Exercise 9
9439 @noindent
9440 The first step is to adjust @expr{z} to be greater than 5.  A simple
9441 ``for'' loop will do the job here.  If @expr{z} is less than 5, we
9442 reduce the problem using 
9443 @texline @math{\psi(z) = \psi(z+1) - 1/z}.
9444 @infoline @expr{psi(z) = psi(z+1) - 1/z}.  We go
9445 on to compute 
9446 @texline @math{\psi(z+1)},
9447 @infoline @expr{psi(z+1)}, 
9448 and remember to add back a factor of @expr{-1/z} when we're done.  This
9449 step is repeated until @expr{z > 5}.
9451 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9452 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9453 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9454 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9455 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9456 just for purposes of illustration.)
9458 @smallexample
9459 @group
9460 1:  1.             1:  1.
9461     .                  .
9463  1.0 @key{RET}       C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9464 @end group
9465 @end smallexample
9467 Here, variable 1 holds @expr{z} and variable 2 holds the adjustment
9468 factor.  If @expr{z < 5}, we use a loop to increase it.
9470 (By the way, we started with @samp{1.0} instead of the integer 1 because
9471 otherwise the calculation below will try to do exact fractional arithmetic,
9472 and will never converge because fractions compare equal only if they
9473 are exactly equal, not just equal to within the current precision.)
9475 @smallexample
9476 @group
9477 3:  1.      2:  1.       1:  6.
9478 2:  1.      1:  1            .
9479 1:  5           .
9480     .
9482   @key{RET} 5        a <    Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9483 @end group
9484 @end smallexample
9486 Now we compute the initial part of the sum:  
9487 @texline @math{\ln z - {1 \over 2z}}
9488 @infoline @expr{ln(z) - 1/2z}
9489 minus the adjustment factor.
9491 @smallexample
9492 @group
9493 2:  1.79175946923      2:  1.7084261359      1:  -0.57490719743
9494 1:  0.0833333333333    1:  2.28333333333         .
9495     .                      .
9497     L  r 1 2 * &           -  r 2                -
9498 @end group
9499 @end smallexample
9501 Now we evaluate the series.  We'll use another ``for'' loop counting
9502 up the value of @expr{2 n}.  (Calc does have a summation command,
9503 @kbd{a +}, but we'll use loops just to get more practice with them.)
9505 @smallexample
9506 @group
9507 3:  -0.5749       3:  -0.5749        4:  -0.5749      2:  -0.5749
9508 2:  2             2:  1:6            3:  1:6          1:  2.3148e-3
9509 1:  40            1:  2              2:  2                .
9510     .                 .              1:  36.
9511                                          .
9513    2 @key{RET} 40        Z ( @key{RET} k b @key{TAB}     @key{RET} r 1 @key{TAB} ^      * /
9515 @end group
9516 @end smallexample
9517 @noindent
9518 @smallexample
9519 @group
9520 3:  -0.5749       3:  -0.5772      2:  -0.5772     1:  -0.577215664892
9521 2:  -0.5749       2:  -0.5772      1:  0               .
9522 1:  2.3148e-3     1:  -0.5749          .
9523     .                 .
9525   @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}       - @key{RET} M-@key{TAB}      a =     Z /    2  Z )  Z ' C-x )
9526 @end group
9527 @end smallexample
9529 This is the value of 
9530 @texline @math{-\gamma},
9531 @infoline @expr{- gamma}, 
9532 with a slight bit of roundoff error.  To get a full 12 digits, let's use
9533 a higher precision:
9535 @smallexample
9536 @group
9537 2:  -0.577215664892      2:  -0.577215664892
9538 1:  1.                   1:  -0.577215664901532
9540     1. @key{RET}                   p 16 @key{RET} X
9541 @end group
9542 @end smallexample
9544 Here's the complete sequence of keystrokes:
9546 @example
9547 @group
9548 C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9549            @key{RET} 5 a <  Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9550            L r 1 2 * & - r 2 -
9551            2 @key{RET} 40  Z (  @key{RET} k b @key{TAB} @key{RET} r 1 @key{TAB} ^ * /
9552                           @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} - @key{RET} M-@key{TAB} a = Z /
9553                   2  Z )
9554       Z '
9555 C-x )
9556 @end group
9557 @end example
9559 @node Programming Answer 10, Programming Answer 11, Programming Answer 9, Answers to Exercises
9560 @subsection Programming Tutorial Exercise 10
9562 @noindent
9563 Taking the derivative of a term of the form @expr{x^n} will produce
9564 a term like 
9565 @texline @math{n x^{n-1}}.
9566 @infoline @expr{n x^(n-1)}.  
9567 Taking the derivative of a constant
9568 produces zero.  From this it is easy to see that the @expr{n}th
9569 derivative of a polynomial, evaluated at @expr{x = 0}, will equal the
9570 coefficient on the @expr{x^n} term times @expr{n!}.
9572 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9573 below.  You can use @w{@kbd{M-# m}} to load it from there.  While you are
9574 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9575 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9576 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9577 just for purposes of illustration.)
9579 @smallexample
9580 @group
9581 2:  5 x^4 + (x + 1)^2          3:  5 x^4 + (x + 1)^2
9582 1:  6                          2:  0
9583     .                          1:  6
9584                                    .
9586   ' 5 x^4 + (x+1)^2 @key{RET} 6        C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9587 @end group
9588 @end smallexample
9590 @noindent
9591 Variable 1 will accumulate the vector of coefficients.
9593 @smallexample
9594 @group
9595 2:  0              3:  0                  2:  5 x^4 + ...
9596 1:  5 x^4 + ...    2:  5 x^4 + ...        1:  1
9597     .              1:  1                      .
9598                        .
9600    Z ( @key{TAB}         @key{RET} 0 s l x @key{RET}            M-@key{TAB} ! /  s | 1
9601 @end group
9602 @end smallexample
9604 @noindent
9605 Note that @kbd{s | 1} appends the top-of-stack value to the vector
9606 in a variable; it is completely analogous to @kbd{s + 1}.  We could
9607 have written instead, @kbd{r 1 @key{TAB} | t 1}.
9609 @smallexample
9610 @group
9611 1:  20 x^3 + 2 x + 2      1:  0         1:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9612     .                         .             .
9614     a d x @key{RET}                 1 Z )         @key{DEL} r 1  Z ' C-x )
9615 @end group
9616 @end smallexample
9618 To convert back, a simple method is just to map the coefficients
9619 against a table of powers of @expr{x}.
9621 @smallexample
9622 @group
9623 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9624 1:  6                        1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
9625     .                            .
9627     6 @key{RET}                        1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x
9629 @end group
9630 @end smallexample
9631 @noindent
9632 @smallexample
9633 @group
9634 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  1 + 2 x + x^2 + 5 x^4
9635 1:  [1, x, x^2, x^3, ... ]       .
9636     .
9638     ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^            *
9639 @end group
9640 @end smallexample
9642 Once again, here are the whole polynomial to/from vector programs:
9644 @example
9645 @group
9646 C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9647            Z (  @key{TAB} @key{RET} 0 s l x @key{RET} M-@key{TAB} ! /  s | 1
9648                 a d x @key{RET}
9649          1 Z ) r 1
9650       Z '
9651 C-x )
9653 C-x (  1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^ *  C-x )
9654 @end group
9655 @end example
9657 @node Programming Answer 11, Programming Answer 12, Programming Answer 10, Answers to Exercises
9658 @subsection Programming Tutorial Exercise 11
9660 @noindent
9661 First we define a dummy program to go on the @kbd{z s} key.  The true
9662 @w{@kbd{z s}} key is supposed to take two numbers from the stack and
9663 return one number, so @key{DEL} as a dummy definition will make
9664 sure the stack comes out right.
9666 @smallexample
9667 @group
9668 2:  4          1:  4                         2:  4
9669 1:  2              .                         1:  2
9670     .                                            .
9672   4 @key{RET} 2       C-x ( @key{DEL} C-x )  Z K s @key{RET}       2
9673 @end group
9674 @end smallexample
9676 The last step replaces the 2 that was eaten during the creation
9677 of the dummy @kbd{z s} command.  Now we move on to the real
9678 definition.  The recurrence needs to be rewritten slightly,
9679 to the form @expr{s(n,m) = s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m)}.
9681 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9682 below.  You can use @kbd{M-# m} to load it from there.)
9684 @smallexample
9685 @group
9686 2:  4        4:  4       3:  4       2:  4
9687 1:  2        3:  2       2:  2       1:  2
9688     .        2:  4       1:  0           .
9689              1:  2           .
9690                  .
9692   C-x (       M-2 @key{RET}        a =         Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1  Z :
9694 @end group
9695 @end smallexample
9696 @noindent
9697 @smallexample
9698 @group
9699 4:  4       2:  4                     2:  3      4:  3    4:  3    3:  3
9700 3:  2       1:  2                     1:  2      3:  2    3:  2    2:  2
9701 2:  2           .                         .      2:  3    2:  3    1:  3
9702 1:  0                                            1:  2    1:  1        .
9703     .                                                .        .
9705   @key{RET} 0   a = Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0  Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB}   M-2 @key{RET}     1 -      z s
9706 @end group
9707 @end smallexample
9709 @noindent
9710 (Note that the value 3 that our dummy @kbd{z s} produces is not correct;
9711 it is merely a placeholder that will do just as well for now.)
9713 @smallexample
9714 @group
9715 3:  3               4:  3           3:  3       2:  3      1:  -6
9716 2:  3               3:  3           2:  3       1:  9          .
9717 1:  2               2:  3           1:  3           .
9718     .               1:  2               .
9719                         .
9721  M-@key{TAB} M-@key{TAB}     @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}         z s          *          -
9723 @end group
9724 @end smallexample
9725 @noindent
9726 @smallexample
9727 @group
9728 1:  -6                          2:  4          1:  11      2:  11
9729     .                           1:  2              .       1:  11
9730                                     .                          .
9732   Z ] Z ] C-x )   Z K s @key{RET}      @key{DEL} 4 @key{RET} 2       z s      M-@key{RET} k s
9733 @end group
9734 @end smallexample
9736 Even though the result that we got during the definition was highly
9737 bogus, once the definition is complete the @kbd{z s} command gets
9738 the right answers.
9740 Here's the full program once again:
9742 @example
9743 @group
9744 C-x (  M-2 @key{RET} a =
9745        Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1
9746        Z :  @key{RET} 0 a =
9747             Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0
9748             Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB} M-2 @key{RET} 1 - z s
9749                  M-@key{TAB} M-@key{TAB} @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} z s * -
9750             Z ]
9751        Z ]
9752 C-x )
9753 @end group
9754 @end example
9756 You can read this definition using @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro})
9757 followed by @kbd{Z K s}, without having to make a dummy definition
9758 first, because @code{read-kbd-macro} doesn't need to execute the
9759 definition as it reads it in.  For this reason, @code{M-# m} is often
9760 the easiest way to create recursive programs in Calc.
9762 @node Programming Answer 12, , Programming Answer 11, Answers to Exercises
9763 @subsection Programming Tutorial Exercise 12
9765 @noindent
9766 This turns out to be a much easier way to solve the problem.  Let's
9767 denote Stirling numbers as calls of the function @samp{s}.
9769 First, we store the rewrite rules corresponding to the definition of
9770 Stirling numbers in a convenient variable:
9772 @smallexample
9773 s e StirlingRules @key{RET}
9774 [ s(n,n) := 1  :: n >= 0,
9775   s(n,0) := 0  :: n > 0,
9776   s(n,m) := s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m) :: n >= m :: m >= 1 ]
9777 C-c C-c
9778 @end smallexample
9780 Now, it's just a matter of applying the rules:
9782 @smallexample
9783 @group
9784 2:  4          1:  s(4, 2)              1:  11
9785 1:  2              .                        .
9786     .
9788   4 @key{RET} 2       C-x (  ' s($$,$) @key{RET}     a r StirlingRules @key{RET}  C-x )
9789 @end group
9790 @end smallexample
9792 As in the case of the @code{fib} rules, it would be useful to put these
9793 rules in @code{EvalRules} and to add a @samp{:: remember} condition to
9794 the last rule.
9796 @c This ends the table-of-contents kludge from above:
9797 @tex
9798 \global\let\chapternofonts=\oldchapternofonts
9799 @end tex
9801 @c [reference]
9803 @node Introduction, Data Types, Tutorial, Top
9804 @chapter Introduction
9806 @noindent
9807 This chapter is the beginning of the Calc reference manual.
9808 It covers basic concepts such as the stack, algebraic and
9809 numeric entry, undo, numeric prefix arguments, etc.
9811 @c [when-split]
9812 @c (Chapter 2, the Tutorial, has been printed in a separate volume.)
9814 @menu
9815 * Basic Commands::
9816 * Help Commands::
9817 * Stack Basics::
9818 * Numeric Entry::
9819 * Algebraic Entry::
9820 * Quick Calculator::
9821 * Keypad Mode::
9822 * Prefix Arguments::
9823 * Undo::
9824 * Error Messages::
9825 * Multiple Calculators::
9826 * Troubleshooting Commands::
9827 @end menu
9829 @node Basic Commands, Help Commands, Introduction, Introduction
9830 @section Basic Commands
9832 @noindent
9833 @pindex calc
9834 @pindex calc-mode
9835 @cindex Starting the Calculator
9836 @cindex Running the Calculator
9837 To start the Calculator in its standard interface, type @kbd{M-x calc}.
9838 By default this creates a pair of small windows, @samp{*Calculator*}
9839 and @samp{*Calc Trail*}.  The former displays the contents of the
9840 Calculator stack and is manipulated exclusively through Calc commands.
9841 It is possible (though not usually necessary) to create several Calc
9842 mode buffers each of which has an independent stack, undo list, and
9843 mode settings.  There is exactly one Calc Trail buffer; it records a
9844 list of the results of all calculations that have been done.  The
9845 Calc Trail buffer uses a variant of Calc mode, so Calculator commands
9846 still work when the trail buffer's window is selected.  It is possible
9847 to turn the trail window off, but the @samp{*Calc Trail*} buffer itself
9848 still exists and is updated silently.  @xref{Trail Commands}.
9850 @kindex M-# c
9851 @kindex M-# M-#
9852 @ignore
9853 @mindex @null
9854 @end ignore
9855 @kindex M-# #
9856 In most installations, the @kbd{M-# c} key sequence is a more
9857 convenient way to start the Calculator.  Also, @kbd{M-# M-#} and
9858 @kbd{M-# #} are synonyms for @kbd{M-# c} unless you last used Calc
9859 in its Keypad mode.
9861 @kindex x
9862 @kindex M-x
9863 @pindex calc-execute-extended-command
9864 Most Calc commands use one or two keystrokes.  Lower- and upper-case
9865 letters are distinct.  Commands may also be entered in full @kbd{M-x} form;
9866 for some commands this is the only form.  As a convenience, the @kbd{x}
9867 key (@code{calc-execute-extended-command})
9868 is like @kbd{M-x} except that it enters the initial string @samp{calc-}
9869 for you.  For example, the following key sequences are equivalent:
9870 @kbd{S}, @kbd{M-x calc-sin @key{RET}}, @kbd{x sin @key{RET}}.
9872 @cindex Extensions module
9873 @cindex @file{calc-ext} module
9874 The Calculator exists in many parts.  When you type @kbd{M-# c}, the
9875 Emacs ``auto-load'' mechanism will bring in only the first part, which
9876 contains the basic arithmetic functions.  The other parts will be
9877 auto-loaded the first time you use the more advanced commands like trig
9878 functions or matrix operations.  This is done to improve the response time
9879 of the Calculator in the common case when all you need to do is a
9880 little arithmetic.  If for some reason the Calculator fails to load an
9881 extension module automatically, you can force it to load all the
9882 extensions by using the @kbd{M-# L} (@code{calc-load-everything})
9883 command.  @xref{Mode Settings}.
9885 If you type @kbd{M-x calc} or @kbd{M-# c} with any numeric prefix argument,
9886 the Calculator is loaded if necessary, but it is not actually started.
9887 If the argument is positive, the @file{calc-ext} extensions are also
9888 loaded if necessary.  User-written Lisp code that wishes to make use
9889 of Calc's arithmetic routines can use @samp{(calc 0)} or @samp{(calc 1)}
9890 to auto-load the Calculator.
9892 @kindex M-# b
9893 @pindex full-calc
9894 If you type @kbd{M-# b}, then next time you use @kbd{M-# c} you
9895 will get a Calculator that uses the full height of the Emacs screen.
9896 When full-screen mode is on, @kbd{M-# c} runs the @code{full-calc}
9897 command instead of @code{calc}.  From the Unix shell you can type
9898 @samp{emacs -f full-calc} to start a new Emacs specifically for use
9899 as a calculator.  When Calc is started from the Emacs command line
9900 like this, Calc's normal ``quit'' commands actually quit Emacs itself.
9902 @kindex M-# o
9903 @pindex calc-other-window
9904 The @kbd{M-# o} command is like @kbd{M-# c} except that the Calc
9905 window is not actually selected.  If you are already in the Calc
9906 window, @kbd{M-# o} switches you out of it.  (The regular Emacs
9907 @kbd{C-x o} command would also work for this, but it has a
9908 tendency to drop you into the Calc Trail window instead, which
9909 @kbd{M-# o} takes care not to do.)
9911 @ignore
9912 @mindex M-# q
9913 @end ignore
9914 For one quick calculation, you can type @kbd{M-# q} (@code{quick-calc})
9915 which prompts you for a formula (like @samp{2+3/4}).  The result is
9916 displayed at the bottom of the Emacs screen without ever creating
9917 any special Calculator windows.  @xref{Quick Calculator}.
9919 @ignore
9920 @mindex M-# k
9921 @end ignore
9922 Finally, if you are using the X window system you may want to try
9923 @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}) which runs Calc with a
9924 ``calculator keypad'' picture as well as a stack display.  Click on
9925 the keys with the mouse to operate the calculator.  @xref{Keypad Mode}.
9927 @kindex q
9928 @pindex calc-quit
9929 @cindex Quitting the Calculator
9930 @cindex Exiting the Calculator
9931 The @kbd{q} key (@code{calc-quit}) exits Calc mode and closes the
9932 Calculator's window(s).  It does not delete the Calculator buffers.
9933 If you type @kbd{M-x calc} again, the Calculator will reappear with the
9934 contents of the stack intact.  Typing @kbd{M-# c} or @kbd{M-# M-#}
9935 again from inside the Calculator buffer is equivalent to executing
9936 @code{calc-quit}; you can think of @kbd{M-# M-#} as toggling the
9937 Calculator on and off.
9939 @kindex M-# x
9940 The @kbd{M-# x} command also turns the Calculator off, no matter which
9941 user interface (standard, Keypad, or Embedded) is currently active.
9942 It also cancels @code{calc-edit} mode if used from there.
9944 @kindex d @key{SPC}
9945 @pindex calc-refresh
9946 @cindex Refreshing a garbled display
9947 @cindex Garbled displays, refreshing
9948 The @kbd{d @key{SPC}} key sequence (@code{calc-refresh}) redraws the contents
9949 of the Calculator buffer from memory.  Use this if the contents of the
9950 buffer have been damaged somehow.
9952 @ignore
9953 @mindex o
9954 @end ignore
9955 The @kbd{o} key (@code{calc-realign}) moves the cursor back to its
9956 ``home'' position at the bottom of the Calculator buffer.
9958 @kindex <
9959 @kindex >
9960 @pindex calc-scroll-left
9961 @pindex calc-scroll-right
9962 @cindex Horizontal scrolling
9963 @cindex Scrolling
9964 @cindex Wide text, scrolling
9965 The @kbd{<} and @kbd{>} keys are bound to @code{calc-scroll-left} and
9966 @code{calc-scroll-right}.  These are just like the normal horizontal
9967 scrolling commands except that they scroll one half-screen at a time by
9968 default.  (Calc formats its output to fit within the bounds of the
9969 window whenever it can.)
9971 @kindex @{
9972 @kindex @}
9973 @pindex calc-scroll-down
9974 @pindex calc-scroll-up
9975 @cindex Vertical scrolling
9976 The @kbd{@{} and @kbd{@}} keys are bound to @code{calc-scroll-down}
9977 and @code{calc-scroll-up}.  They scroll up or down by one-half the
9978 height of the Calc window.
9980 @kindex M-# 0
9981 @pindex calc-reset
9982 The @kbd{M-# 0} command (@code{calc-reset}; that's @kbd{M-#} followed
9983 by a zero) resets the Calculator to its initial state.  This clears
9984 the stack, resets all the modes to their initial values (the values
9985 that were saved with @kbd{m m} (@code{calc-save-modes})), clears the
9986 caches (@pxref{Caches}), and so on.  (It does @emph{not} erase the
9987 values of any variables.) With an argument of 0, Calc will be reset to
9988 its default state; namely, the modes will be given their default values.
9989 With a positive prefix argument, @kbd{M-# 0} preserves the contents of
9990 the stack but resets everything else to its initial state; with a
9991 negative prefix argument, @kbd{M-# 0} preserves the contents of the
9992 stack but resets everything else to its default state.
9994 @pindex calc-version
9995 The @kbd{M-x calc-version} command displays the current version number
9996 of Calc and the name of the person who installed it on your system.
9997 (This information is also present in the @samp{*Calc Trail*} buffer,
9998 and in the output of the @kbd{h h} command.)
10000 @node Help Commands, Stack Basics, Basic Commands, Introduction
10001 @section Help Commands
10003 @noindent
10004 @cindex Help commands
10005 @kindex ?
10006 @pindex calc-help
10007 The @kbd{?} key (@code{calc-help}) displays a series of brief help messages.
10008 Some keys (such as @kbd{b} and @kbd{d}) are prefix keys, like Emacs'
10009 @key{ESC} and @kbd{C-x} prefixes.  You can type
10010 @kbd{?} after a prefix to see a list of commands beginning with that
10011 prefix.  (If the message includes @samp{[MORE]}, press @kbd{?} again
10012 to see additional commands for that prefix.)
10014 @kindex h h
10015 @pindex calc-full-help
10016 The @kbd{h h} (@code{calc-full-help}) command displays all the @kbd{?}
10017 responses at once.  When printed, this makes a nice, compact (three pages)
10018 summary of Calc keystrokes.
10020 In general, the @kbd{h} key prefix introduces various commands that
10021 provide help within Calc.  Many of the @kbd{h} key functions are
10022 Calc-specific analogues to the @kbd{C-h} functions for Emacs help.
10024 @kindex h i
10025 @kindex M-# i
10026 @kindex i
10027 @pindex calc-info
10028 The @kbd{h i} (@code{calc-info}) command runs the Emacs Info system
10029 to read this manual on-line.  This is basically the same as typing
10030 @kbd{C-h i} (the regular way to run the Info system), then, if Info
10031 is not already in the Calc manual, selecting the beginning of the
10032 manual.  The @kbd{M-# i} command is another way to read the Calc
10033 manual; it is different from @kbd{h i} in that it works any time,
10034 not just inside Calc.  The plain @kbd{i} key is also equivalent to
10035 @kbd{h i}, though this key is obsolete and may be replaced with a
10036 different command in a future version of Calc.
10038 @kindex h t
10039 @kindex M-# t
10040 @pindex calc-tutorial
10041 The @kbd{h t} (@code{calc-tutorial}) command runs the Info system on
10042 the Tutorial section of the Calc manual.  It is like @kbd{h i},
10043 except that it selects the starting node of the tutorial rather
10044 than the beginning of the whole manual.  (It actually selects the
10045 node ``Interactive Tutorial'' which tells a few things about
10046 using the Info system before going on to the actual tutorial.)
10047 The @kbd{M-# t} key is equivalent to @kbd{h t} (but it works at
10048 all times).
10050 @kindex h s
10051 @kindex M-# s
10052 @pindex calc-info-summary
10053 The @kbd{h s} (@code{calc-info-summary}) command runs the Info system
10054 on the Summary node of the Calc manual.  @xref{Summary}.  The @kbd{M-# s}
10055 key is equivalent to @kbd{h s}.
10057 @kindex h k
10058 @pindex calc-describe-key
10059 The @kbd{h k} (@code{calc-describe-key}) command looks up a key
10060 sequence in the Calc manual.  For example, @kbd{h k H a S} looks
10061 up the documentation on the @kbd{H a S} (@code{calc-solve-for})
10062 command.  This works by looking up the textual description of
10063 the key(s) in the Key Index of the manual, then jumping to the
10064 node indicated by the index.
10066 Most Calc commands do not have traditional Emacs documentation
10067 strings, since the @kbd{h k} command is both more convenient and
10068 more instructive.  This means the regular Emacs @kbd{C-h k}
10069 (@code{describe-key}) command will not be useful for Calc keystrokes.
10071 @kindex h c
10072 @pindex calc-describe-key-briefly
10073 The @kbd{h c} (@code{calc-describe-key-briefly}) command reads a
10074 key sequence and displays a brief one-line description of it at
10075 the bottom of the screen.  It looks for the key sequence in the
10076 Summary node of the Calc manual; if it doesn't find the sequence
10077 there, it acts just like its regular Emacs counterpart @kbd{C-h c}
10078 (@code{describe-key-briefly}).  For example, @kbd{h c H a S}
10079 gives the description:
10081 @smallexample
10082 H a S runs calc-solve-for:  a `H a S' v  => fsolve(a,v)  (?=notes)
10083 @end smallexample
10085 @noindent
10086 which means the command @kbd{H a S} or @kbd{H M-x calc-solve-for}
10087 takes a value @expr{a} from the stack, prompts for a value @expr{v},
10088 then applies the algebraic function @code{fsolve} to these values.
10089 The @samp{?=notes} message means you can now type @kbd{?} to see
10090 additional notes from the summary that apply to this command.
10092 @kindex h f
10093 @pindex calc-describe-function
10094 The @kbd{h f} (@code{calc-describe-function}) command looks up an
10095 algebraic function or a command name in the Calc manual.  Enter an
10096 algebraic function name to look up that function in the Function
10097 Index or enter a command name beginning with @samp{calc-} to look it 
10098 up in the Command Index.  This command will also look up operator
10099 symbols that can appear in algebraic formulas, like @samp{%} and 
10100 @samp{=>}.
10102 @kindex h v
10103 @pindex calc-describe-variable
10104 The @kbd{h v} (@code{calc-describe-variable}) command looks up a
10105 variable in the Calc manual.  Enter a variable name like @code{pi} or
10106 @code{PlotRejects}.
10108 @kindex h b
10109 @pindex describe-bindings
10110 The @kbd{h b} (@code{calc-describe-bindings}) command is just like
10111 @kbd{C-h b}, except that only local (Calc-related) key bindings are
10112 listed.
10114 @kindex h n
10115 The @kbd{h n} or @kbd{h C-n} (@code{calc-view-news}) command displays
10116 the ``news'' or change history of Calc.  This is kept in the file
10117 @file{README}, which Calc looks for in the same directory as the Calc
10118 source files.
10120 @kindex h C-c
10121 @kindex h C-d
10122 @kindex h C-w
10123 The @kbd{h C-c}, @kbd{h C-d}, and @kbd{h C-w} keys display copying,
10124 distribution, and warranty information about Calc.  These work by
10125 pulling up the appropriate parts of the ``Copying'' or ``Reporting
10126 Bugs'' sections of the manual.
10128 @node Stack Basics, Numeric Entry, Help Commands, Introduction
10129 @section Stack Basics
10131 @noindent
10132 @cindex Stack basics
10133 @c [fix-tut RPN Calculations and the Stack]
10134 Calc uses RPN notation.  If you are not familiar with RPN, @pxref{RPN
10135 Tutorial}.
10137 To add the numbers 1 and 2 in Calc you would type the keys:
10138 @kbd{1 @key{RET} 2 +}.
10139 (@key{RET} corresponds to the @key{ENTER} key on most calculators.)
10140 The first three keystrokes ``push'' the numbers 1 and 2 onto the stack.  The
10141 @kbd{+} key always ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
10142 and pushes the result (3) back onto the stack.  This number is ready for
10143 further calculations:  @kbd{5 -} pushes 5 onto the stack, then pops the
10144 3 and 5, subtracts them, and pushes the result (@mathit{-2}).
10146 Note that the ``top'' of the stack actually appears at the @emph{bottom}
10147 of the buffer.  A line containing a single @samp{.} character signifies
10148 the end of the buffer; Calculator commands operate on the number(s)
10149 directly above this line.  The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack})
10150 command allows you to move the @samp{.} marker up and down in the stack;
10151 @pxref{Truncating the Stack}.
10153 @kindex d l
10154 @pindex calc-line-numbering
10155 Stack elements are numbered consecutively, with number 1 being the top of
10156 the stack.  These line numbers are ordinarily displayed on the lefthand side
10157 of the window.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) command controls
10158 whether these numbers appear.  (Line numbers may be turned off since they
10159 slow the Calculator down a bit and also clutter the display.)
10161 @kindex o
10162 @pindex calc-realign
10163 The unshifted letter @kbd{o} (@code{calc-realign}) command repositions
10164 the cursor to its top-of-stack ``home'' position.  It also undoes any
10165 horizontal scrolling in the window.  If you give it a numeric prefix
10166 argument, it instead moves the cursor to the specified stack element.
10168 The @key{RET} (or equivalent @key{SPC}) key is only required to separate
10169 two consecutive numbers.
10170 (After all, if you typed @kbd{1 2} by themselves the Calculator
10171 would enter the number 12.)  If you press @key{RET} or @key{SPC} @emph{not}
10172 right after typing a number, the key duplicates the number on the top of
10173 the stack.  @kbd{@key{RET} *} is thus a handy way to square a number.
10175 The @key{DEL} key pops and throws away the top number on the stack.
10176 The @key{TAB} key swaps the top two objects on the stack.
10177 @xref{Stack and Trail}, for descriptions of these and other stack-related
10178 commands.
10180 @node Numeric Entry, Algebraic Entry, Stack Basics, Introduction
10181 @section Numeric Entry
10183 @noindent
10184 @kindex 0-9
10185 @kindex .
10186 @kindex e
10187 @cindex Numeric entry
10188 @cindex Entering numbers
10189 Pressing a digit or other numeric key begins numeric entry using the
10190 minibuffer.  The number is pushed on the stack when you press the @key{RET}
10191 or @key{SPC} keys.  If you press any other non-numeric key, the number is
10192 pushed onto the stack and the appropriate operation is performed.  If
10193 you press a numeric key which is not valid, the key is ignored.
10195 @cindex Minus signs
10196 @cindex Negative numbers, entering
10197 @kindex _
10198 There are three different concepts corresponding to the word ``minus,''
10199 typified by @expr{a-b} (subtraction), @expr{-x}
10200 (change-sign), and @expr{-5} (negative number).  Calc uses three
10201 different keys for these operations, respectively:
10202 @kbd{-}, @kbd{n}, and @kbd{_} (the underscore).  The @kbd{-} key subtracts
10203 the two numbers on the top of the stack.  The @kbd{n} key changes the sign
10204 of the number on the top of the stack or the number currently being entered.
10205 The @kbd{_} key begins entry of a negative number or changes the sign of
10206 the number currently being entered.  The following sequences all enter the
10207 number @mathit{-5} onto the stack:  @kbd{0 @key{RET} 5 -}, @kbd{5 n @key{RET}},
10208 @kbd{5 @key{RET} n}, @kbd{_ 5 @key{RET}}, @kbd{5 _ @key{RET}}.
10210 Some other keys are active during numeric entry, such as @kbd{#} for
10211 non-decimal numbers, @kbd{:} for fractions, and @kbd{@@} for HMS forms.
10212 These notations are described later in this manual with the corresponding
10213 data types.  @xref{Data Types}.
10215 During numeric entry, the only editing key available is @key{DEL}.
10217 @node Algebraic Entry, Quick Calculator, Numeric Entry, Introduction
10218 @section Algebraic Entry
10220 @noindent
10221 @kindex '
10222 @pindex calc-algebraic-entry
10223 @cindex Algebraic notation
10224 @cindex Formulas, entering
10225 Calculations can also be entered in algebraic form.  This is accomplished
10226 by typing the apostrophe key, @kbd{'}, followed by the expression in
10227 standard format:  @kbd{@key{'} 2+3*4 @key{RET}} computes
10228 @texline @math{2+(3\times4) = 14}
10229 @infoline @expr{2+(3*4) = 14} 
10230 and pushes that on the stack.  If you wish you can
10231 ignore the RPN aspect of Calc altogether and simply enter algebraic
10232 expressions in this way.  You may want to use @key{DEL} every so often to
10233 clear previous results off the stack.
10235 You can press the apostrophe key during normal numeric entry to switch
10236 the half-entered number into Algebraic entry mode.  One reason to do this
10237 would be to use the full Emacs cursor motion and editing keys, which are
10238 available during algebraic entry but not during numeric entry.
10240 In the same vein, during either numeric or algebraic entry you can
10241 press @kbd{`} (backquote) to switch to @code{calc-edit} mode, where
10242 you complete your half-finished entry in a separate buffer.
10243 @xref{Editing Stack Entries}.
10245 @kindex m a
10246 @pindex calc-algebraic-mode
10247 @cindex Algebraic Mode
10248 If you prefer algebraic entry, you can use the command @kbd{m a}
10249 (@code{calc-algebraic-mode}) to set Algebraic mode.  In this mode,
10250 digits and other keys that would normally start numeric entry instead
10251 start full algebraic entry; as long as your formula begins with a digit
10252 you can omit the apostrophe.  Open parentheses and square brackets also
10253 begin algebraic entry.  You can still do RPN calculations in this mode,
10254 but you will have to press @key{RET} to terminate every number:
10255 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} * 4 @key{RET} +} would accomplish the same
10256 thing as @kbd{2*3+4 @key{RET}}.
10258 @cindex Incomplete Algebraic Mode
10259 If you give a numeric prefix argument like @kbd{C-u} to the @kbd{m a}
10260 command, it enables Incomplete Algebraic mode; this is like regular
10261 Algebraic mode except that it applies to the @kbd{(} and @kbd{[} keys
10262 only.  Numeric keys still begin a numeric entry in this mode.
10264 @kindex m t
10265 @pindex calc-total-algebraic-mode
10266 @cindex Total Algebraic Mode
10267 The @kbd{m t} (@code{calc-total-algebraic-mode}) gives you an even
10268 stronger algebraic-entry mode, in which @emph{all} regular letter and
10269 punctuation keys begin algebraic entry.  Use this if you prefer typing
10270 @w{@kbd{sqrt( )}} instead of @kbd{Q}, @w{@kbd{factor( )}} instead of
10271 @kbd{a f}, and so on.  To type regular Calc commands when you are in
10272 Total Algebraic mode, hold down the @key{META} key.  Thus @kbd{M-q}
10273 is the command to quit Calc, @kbd{M-p} sets the precision, and
10274 @kbd{M-m t} (or @kbd{M-m M-t}, if you prefer) turns Total Algebraic
10275 mode back off again.  Meta keys also terminate algebraic entry, so
10276 that @kbd{2+3 M-S} is equivalent to @kbd{2+3 @key{RET} M-S}.  The symbol
10277 @samp{Alg*} will appear in the mode line whenever you are in this mode.
10279 Pressing @kbd{'} (the apostrophe) a second time re-enters the previous
10280 algebraic formula.  You can then use the normal Emacs editing keys to
10281 modify this formula to your liking before pressing @key{RET}.
10283 @kindex $
10284 @cindex Formulas, referring to stack
10285 Within a formula entered from the keyboard, the symbol @kbd{$}
10286 represents the number on the top of the stack.  If an entered formula
10287 contains any @kbd{$} characters, the Calculator replaces the top of
10288 stack with that formula rather than simply pushing the formula onto the
10289 stack.  Thus, @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3 on the stack, and @kbd{$*2
10290 @key{RET}} replaces it with 6.  Note that the @kbd{$} key always
10291 initiates algebraic entry; the @kbd{'} is unnecessary if @kbd{$} is the
10292 first character in the new formula.
10294 Higher stack elements can be accessed from an entered formula with the
10295 symbols @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on.  The number of stack elements
10296 removed (to be replaced by the entered values) equals the number of dollar
10297 signs in the longest such symbol in the formula.  For example, @samp{$$+$$$}
10298 adds the second and third stack elements, replacing the top three elements
10299 with the answer.  (All information about the top stack element is thus lost
10300 since no single @samp{$} appears in this formula.)
10302 A slightly different way to refer to stack elements is with a dollar
10303 sign followed by a number:  @samp{$1}, @samp{$2}, and so on are much
10304 like @samp{$}, @samp{$$}, etc., except that stack entries referred
10305 to numerically are not replaced by the algebraic entry.  That is, while
10306 @samp{$+1} replaces 5 on the stack with 6, @samp{$1+1} leaves the 5
10307 on the stack and pushes an additional 6.
10309 If a sequence of formulas are entered separated by commas, each formula
10310 is pushed onto the stack in turn.  For example, @samp{1,2,3} pushes
10311 those three numbers onto the stack (leaving the 3 at the top), and
10312 @samp{$+1,$-1} replaces a 5 on the stack with 4 followed by 6.  Also,
10313 @samp{$,$$} exchanges the top two elements of the stack, just like the
10314 @key{TAB} key.
10316 You can finish an algebraic entry with @kbd{M-=} or @kbd{M-@key{RET}} instead
10317 of @key{RET}.  This uses @kbd{=} to evaluate the variables in each
10318 formula that goes onto the stack.  (Thus @kbd{' pi @key{RET}} pushes
10319 the variable @samp{pi}, but @kbd{' pi M-@key{RET}} pushes 3.1415.)
10321 If you finish your algebraic entry by pressing @key{LFD} (or @kbd{C-j})
10322 instead of @key{RET}, Calc disables the default simplifications
10323 (as if by @kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}) while the entry
10324 is being pushed on the stack.  Thus @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3
10325 on the stack, but @kbd{' 1+2 @key{LFD}} pushes the formula @expr{1+2};
10326 you might then press @kbd{=} when it is time to evaluate this formula.
10328 @node Quick Calculator, Prefix Arguments, Algebraic Entry, Introduction
10329 @section ``Quick Calculator'' Mode
10331 @noindent
10332 @kindex M-# q
10333 @pindex quick-calc
10334 @cindex Quick Calculator
10335 There is another way to invoke the Calculator if all you need to do
10336 is make one or two quick calculations.  Type @kbd{M-# q} (or
10337 @kbd{M-x quick-calc}), then type any formula as an algebraic entry.
10338 The Calculator will compute the result and display it in the echo
10339 area, without ever actually putting up a Calc window.
10341 You can use the @kbd{$} character in a Quick Calculator formula to
10342 refer to the previous Quick Calculator result.  Older results are
10343 not retained; the Quick Calculator has no effect on the full
10344 Calculator's stack or trail.  If you compute a result and then
10345 forget what it was, just run @code{M-# q} again and enter
10346 @samp{$} as the formula.
10348 If this is the first time you have used the Calculator in this Emacs
10349 session, the @kbd{M-# q} command will create the @code{*Calculator*}
10350 buffer and perform all the usual initializations; it simply will
10351 refrain from putting that buffer up in a new window.  The Quick
10352 Calculator refers to the @code{*Calculator*} buffer for all mode
10353 settings.  Thus, for example, to set the precision that the Quick
10354 Calculator uses, simply run the full Calculator momentarily and use
10355 the regular @kbd{p} command.
10357 If you use @code{M-# q} from inside the Calculator buffer, the
10358 effect is the same as pressing the apostrophe key (algebraic entry).
10360 The result of a Quick calculation is placed in the Emacs ``kill ring''
10361 as well as being displayed.  A subsequent @kbd{C-y} command will
10362 yank the result into the editing buffer.  You can also use this
10363 to yank the result into the next @kbd{M-# q} input line as a more
10364 explicit alternative to @kbd{$} notation, or to yank the result
10365 into the Calculator stack after typing @kbd{M-# c}.
10367 If you finish your formula by typing @key{LFD} (or @kbd{C-j}) instead
10368 of @key{RET}, the result is inserted immediately into the current
10369 buffer rather than going into the kill ring.
10371 Quick Calculator results are actually evaluated as if by the @kbd{=}
10372 key (which replaces variable names by their stored values, if any).
10373 If the formula you enter is an assignment to a variable using the
10374 @samp{:=} operator, say, @samp{foo := 2 + 3} or @samp{foo := foo + 1},
10375 then the result of the evaluation is stored in that Calc variable.
10376 @xref{Store and Recall}.
10378 If the result is an integer and the current display radix is decimal,
10379 the number will also be displayed in hex and octal formats.  If the
10380 integer is in the range from 1 to 126, it will also be displayed as
10381 an ASCII character.
10383 For example, the quoted character @samp{"x"} produces the vector
10384 result @samp{[120]} (because 120 is the ASCII code of the lower-case
10385 `x'; @pxref{Strings}).  Since this is a vector, not an integer, it
10386 is displayed only according to the current mode settings.  But
10387 running Quick Calc again and entering @samp{120} will produce the
10388 result @samp{120 (16#78, 8#170, x)} which shows the number in its
10389 decimal, hexadecimal, octal, and ASCII forms.
10391 Please note that the Quick Calculator is not any faster at loading
10392 or computing the answer than the full Calculator; the name ``quick''
10393 merely refers to the fact that it's much less hassle to use for
10394 small calculations.
10396 @node Prefix Arguments, Undo, Quick Calculator, Introduction
10397 @section Numeric Prefix Arguments
10399 @noindent
10400 Many Calculator commands use numeric prefix arguments.  Some, such as
10401 @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}), set a parameter to the value of
10402 the prefix argument or use a default if you don't use a prefix.
10403 Others (like @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation})) require an argument
10404 and prompt for a number if you don't give one as a prefix.
10406 As a rule, stack-manipulation commands accept a numeric prefix argument
10407 which is interpreted as an index into the stack.  A positive argument
10408 operates on the top @var{n} stack entries; a negative argument operates
10409 on the @var{n}th stack entry in isolation; and a zero argument operates
10410 on the entire stack.
10412 Most commands that perform computations (such as the arithmetic and
10413 scientific functions) accept a numeric prefix argument that allows the
10414 operation to be applied across many stack elements.  For unary operations
10415 (that is, functions of one argument like absolute value or complex
10416 conjugate), a positive prefix argument applies that function to the top
10417 @var{n} stack entries simultaneously, and a negative argument applies it
10418 to the @var{n}th stack entry only.  For binary operations (functions of
10419 two arguments like addition, GCD, and vector concatenation), a positive
10420 prefix argument ``reduces'' the function across the top @var{n}
10421 stack elements (for example, @kbd{C-u 5 +} sums the top 5 stack entries;
10422 @pxref{Reducing and Mapping}), and a negative argument maps the next-to-top
10423 @var{n} stack elements with the top stack element as a second argument
10424 (for example, @kbd{7 c-u -5 +} adds 7 to the top 5 stack elements).
10425 This feature is not available for operations which use the numeric prefix
10426 argument for some other purpose.
10428 Numeric prefixes are specified the same way as always in Emacs:  Press
10429 a sequence of @key{META}-digits, or press @key{ESC} followed by digits,
10430 or press @kbd{C-u} followed by digits.  Some commands treat plain
10431 @kbd{C-u} (without any actual digits) specially.
10433 @kindex ~
10434 @pindex calc-num-prefix
10435 You can type @kbd{~} (@code{calc-num-prefix}) to pop an integer from the
10436 top of the stack and enter it as the numeric prefix for the next command.
10437 For example, @kbd{C-u 16 p} sets the precision to 16 digits; an alternate
10438 (silly) way to do this would be @kbd{2 @key{RET} 4 ^ ~ p}, i.e., compute 2
10439 to the fourth power and set the precision to that value.
10441 Conversely, if you have typed a numeric prefix argument the @kbd{~} key
10442 pushes it onto the stack in the form of an integer.
10444 @node Undo, Error Messages, Prefix Arguments, Introduction
10445 @section Undoing Mistakes
10447 @noindent
10448 @kindex U
10449 @kindex C-_
10450 @pindex calc-undo
10451 @cindex Mistakes, undoing
10452 @cindex Undoing mistakes
10453 @cindex Errors, undoing
10454 The shift-@kbd{U} key (@code{calc-undo}) undoes the most recent operation.
10455 If that operation added or dropped objects from the stack, those objects
10456 are removed or restored.  If it was a ``store'' operation, you are
10457 queried whether or not to restore the variable to its original value.
10458 The @kbd{U} key may be pressed any number of times to undo successively
10459 farther back in time; with a numeric prefix argument it undoes a
10460 specified number of operations.  The undo history is cleared only by the
10461 @kbd{q} (@code{calc-quit}) command.  (Recall that @kbd{M-# c} is
10462 synonymous with @code{calc-quit} while inside the Calculator; this
10463 also clears the undo history.)
10465 Currently the mode-setting commands (like @code{calc-precision}) are not
10466 undoable.  You can undo past a point where you changed a mode, but you
10467 will need to reset the mode yourself.
10469 @kindex D
10470 @pindex calc-redo
10471 @cindex Redoing after an Undo
10472 The shift-@kbd{D} key (@code{calc-redo}) redoes an operation that was
10473 mistakenly undone.  Pressing @kbd{U} with a negative prefix argument is
10474 equivalent to executing @code{calc-redo}.  You can redo any number of
10475 times, up to the number of recent consecutive undo commands.  Redo
10476 information is cleared whenever you give any command that adds new undo
10477 information, i.e., if you undo, then enter a number on the stack or make
10478 any other change, then it will be too late to redo.
10480 @kindex M-@key{RET}
10481 @pindex calc-last-args
10482 @cindex Last-arguments feature
10483 @cindex Arguments, restoring
10484 The @kbd{M-@key{RET}} key (@code{calc-last-args}) is like undo in that
10485 it restores the arguments of the most recent command onto the stack;
10486 however, it does not remove the result of that command.  Given a numeric
10487 prefix argument, this command applies to the @expr{n}th most recent
10488 command which removed items from the stack; it pushes those items back
10489 onto the stack.
10491 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command provides a related function
10492 to @kbd{M-@key{RET}}.  @xref{Stack and Trail}.
10494 It is also possible to recall previous results or inputs using the trail.
10495 @xref{Trail Commands}.
10497 The standard Emacs @kbd{C-_} undo key is recognized as a synonym for @kbd{U}.
10499 @node Error Messages, Multiple Calculators, Undo, Introduction
10500 @section Error Messages
10502 @noindent
10503 @kindex w
10504 @pindex calc-why
10505 @cindex Errors, messages
10506 @cindex Why did an error occur?
10507 Many situations that would produce an error message in other calculators
10508 simply create unsimplified formulas in the Emacs Calculator.  For example,
10509 @kbd{1 @key{RET} 0 /} pushes the formula @expr{1 / 0}; @w{@kbd{0 L}} pushes
10510 the formula @samp{ln(0)}.  Floating-point overflow and underflow are also
10511 reasons for this to happen.
10513 When a function call must be left in symbolic form, Calc usually
10514 produces a message explaining why.  Messages that are probably
10515 surprising or indicative of user errors are displayed automatically.
10516 Other messages are simply kept in Calc's memory and are displayed only
10517 if you type @kbd{w} (@code{calc-why}).  You can also press @kbd{w} if
10518 the same computation results in several messages.  (The first message
10519 will end with @samp{[w=more]} in this case.)
10521 @kindex d w
10522 @pindex calc-auto-why
10523 The @kbd{d w} (@code{calc-auto-why}) command controls when error messages
10524 are displayed automatically.  (Calc effectively presses @kbd{w} for you
10525 after your computation finishes.)  By default, this occurs only for
10526 ``important'' messages.  The other possible modes are to report
10527 @emph{all} messages automatically, or to report none automatically (so
10528 that you must always press @kbd{w} yourself to see the messages).
10530 @node Multiple Calculators, Troubleshooting Commands, Error Messages, Introduction
10531 @section Multiple Calculators
10533 @noindent
10534 @pindex another-calc
10535 It is possible to have any number of Calc mode buffers at once.
10536 Usually this is done by executing @kbd{M-x another-calc}, which
10537 is similar to @kbd{M-# c} except that if a @samp{*Calculator*}
10538 buffer already exists, a new, independent one with a name of the
10539 form @samp{*Calculator*<@var{n}>} is created.  You can also use the
10540 command @code{calc-mode} to put any buffer into Calculator mode, but
10541 this would ordinarily never be done.
10543 The @kbd{q} (@code{calc-quit}) command does not destroy a Calculator buffer;
10544 it only closes its window.  Use @kbd{M-x kill-buffer} to destroy a
10545 Calculator buffer.
10547 Each Calculator buffer keeps its own stack, undo list, and mode settings
10548 such as precision, angular mode, and display formats.  In Emacs terms,
10549 variables such as @code{calc-stack} are buffer-local variables.  The
10550 global default values of these variables are used only when a new
10551 Calculator buffer is created.  The @code{calc-quit} command saves
10552 the stack and mode settings of the buffer being quit as the new defaults.
10554 There is only one trail buffer, @samp{*Calc Trail*}, used by all
10555 Calculator buffers.
10557 @node Troubleshooting Commands, , Multiple Calculators, Introduction
10558 @section Troubleshooting Commands
10560 @noindent
10561 This section describes commands you can use in case a computation
10562 incorrectly fails or gives the wrong answer.
10564 @xref{Reporting Bugs}, if you find a problem that appears to be due
10565 to a bug or deficiency in Calc.
10567 @menu
10568 * Autoloading Problems::
10569 * Recursion Depth::
10570 * Caches::
10571 * Debugging Calc::
10572 @end menu
10574 @node Autoloading Problems, Recursion Depth, Troubleshooting Commands, Troubleshooting Commands
10575 @subsection Autoloading Problems
10577 @noindent
10578 The Calc program is split into many component files; components are
10579 loaded automatically as you use various commands that require them.
10580 Occasionally Calc may lose track of when a certain component is
10581 necessary; typically this means you will type a command and it won't
10582 work because some function you've never heard of was undefined.
10584 @kindex M-# L
10585 @pindex calc-load-everything
10586 If this happens, the easiest workaround is to type @kbd{M-# L}
10587 (@code{calc-load-everything}) to force all the parts of Calc to be
10588 loaded right away.  This will cause Emacs to take up a lot more
10589 memory than it would otherwise, but it's guaranteed to fix the problem.
10591 If you seem to run into this problem no matter what you do, or if
10592 even the @kbd{M-# L} command crashes, Calc may have been improperly
10593 installed.  @xref{Installation}, for details of the installation
10594 process.
10596 @node Recursion Depth, Caches, Autoloading Problems, Troubleshooting Commands
10597 @subsection Recursion Depth
10599 @noindent
10600 @kindex M
10601 @kindex I M
10602 @pindex calc-more-recursion-depth
10603 @pindex calc-less-recursion-depth
10604 @cindex Recursion depth
10605 @cindex ``Computation got stuck'' message
10606 @cindex @code{max-lisp-eval-depth}
10607 @cindex @code{max-specpdl-size}
10608 Calc uses recursion in many of its calculations.  Emacs Lisp keeps a
10609 variable @code{max-lisp-eval-depth} which limits the amount of recursion
10610 possible in an attempt to recover from program bugs.  If a calculation
10611 ever halts incorrectly with the message ``Computation got stuck or
10612 ran too long,'' use the @kbd{M} command (@code{calc-more-recursion-depth})
10613 to increase this limit.  (Of course, this will not help if the
10614 calculation really did get stuck due to some problem inside Calc.)
10616 The limit is always increased (multiplied) by a factor of two.  There
10617 is also an @kbd{I M} (@code{calc-less-recursion-depth}) command which
10618 decreases this limit by a factor of two, down to a minimum value of 200.
10619 The default value is 1000.
10621 These commands also double or halve @code{max-specpdl-size}, another
10622 internal Lisp recursion limit.  The minimum value for this limit is 600.
10624 @node Caches, Debugging Calc, Recursion Depth, Troubleshooting Commands
10625 @subsection Caches
10627 @noindent
10628 @cindex Caches
10629 @cindex Flushing caches
10630 Calc saves certain values after they have been computed once.  For
10631 example, the @kbd{P} (@code{calc-pi}) command initially ``knows'' the
10632 constant @cpi{} to about 20 decimal places; if the current precision
10633 is greater than this, it will recompute @cpi{} using a series
10634 approximation.  This value will not need to be recomputed ever again
10635 unless you raise the precision still further.  Many operations such as
10636 logarithms and sines make use of similarly cached values such as
10637 @cpiover{4} and 
10638 @texline @math{\ln 2}.
10639 @infoline @expr{ln(2)}.  
10640 The visible effect of caching is that
10641 high-precision computations may seem to do extra work the first time.
10642 Other things cached include powers of two (for the binary arithmetic
10643 functions), matrix inverses and determinants, symbolic integrals, and
10644 data points computed by the graphing commands.
10646 @pindex calc-flush-caches
10647 If you suspect a Calculator cache has become corrupt, you can use the
10648 @code{calc-flush-caches} command to reset all caches to the empty state.
10649 (This should only be necessary in the event of bugs in the Calculator.)
10650 The @kbd{M-# 0} (with the zero key) command also resets caches along
10651 with all other aspects of the Calculator's state.
10653 @node Debugging Calc, , Caches, Troubleshooting Commands
10654 @subsection Debugging Calc
10656 @noindent
10657 A few commands exist to help in the debugging of Calc commands.
10658 @xref{Programming}, to see the various ways that you can write
10659 your own Calc commands.
10661 @kindex Z T
10662 @pindex calc-timing
10663 The @kbd{Z T} (@code{calc-timing}) command turns on and off a mode
10664 in which the timing of slow commands is reported in the Trail.
10665 Any Calc command that takes two seconds or longer writes a line
10666 to the Trail showing how many seconds it took.  This value is
10667 accurate only to within one second.
10669 All steps of executing a command are included; in particular, time
10670 taken to format the result for display in the stack and trail is
10671 counted.  Some prompts also count time taken waiting for them to
10672 be answered, while others do not; this depends on the exact
10673 implementation of the command.  For best results, if you are timing
10674 a sequence that includes prompts or multiple commands, define a
10675 keyboard macro to run the whole sequence at once.  Calc's @kbd{X}
10676 command (@pxref{Keyboard Macros}) will then report the time taken
10677 to execute the whole macro.
10679 Another advantage of the @kbd{X} command is that while it is
10680 executing, the stack and trail are not updated from step to step.
10681 So if you expect the output of your test sequence to leave a result
10682 that may take a long time to format and you don't wish to count
10683 this formatting time, end your sequence with a @key{DEL} keystroke
10684 to clear the result from the stack.  When you run the sequence with
10685 @kbd{X}, Calc will never bother to format the large result.
10687 Another thing @kbd{Z T} does is to increase the Emacs variable
10688 @code{gc-cons-threshold} to a much higher value (two million; the
10689 usual default in Calc is 250,000) for the duration of each command.
10690 This generally prevents garbage collection during the timing of
10691 the command, though it may cause your Emacs process to grow
10692 abnormally large.  (Garbage collection time is a major unpredictable
10693 factor in the timing of Emacs operations.)
10695 Another command that is useful when debugging your own Lisp
10696 extensions to Calc is @kbd{M-x calc-pass-errors}, which disables
10697 the error handler that changes the ``@code{max-lisp-eval-depth}
10698 exceeded'' message to the much more friendly ``Computation got
10699 stuck or ran too long.''  This handler interferes with the Emacs
10700 Lisp debugger's @code{debug-on-error} mode.  Errors are reported
10701 in the handler itself rather than at the true location of the
10702 error.  After you have executed @code{calc-pass-errors}, Lisp
10703 errors will be reported correctly but the user-friendly message
10704 will be lost.
10706 @node Data Types, Stack and Trail, Introduction, Top
10707 @chapter Data Types
10709 @noindent
10710 This chapter discusses the various types of objects that can be placed
10711 on the Calculator stack, how they are displayed, and how they are
10712 entered.  (@xref{Data Type Formats}, for information on how these data
10713 types are represented as underlying Lisp objects.)
10715 Integers, fractions, and floats are various ways of describing real
10716 numbers.  HMS forms also for many purposes act as real numbers.  These
10717 types can be combined to form complex numbers, modulo forms, error forms,
10718 or interval forms.  (But these last four types cannot be combined
10719 arbitrarily:@: error forms may not contain modulo forms, for example.)
10720 Finally, all these types of numbers may be combined into vectors,
10721 matrices, or algebraic formulas.
10723 @menu
10724 * Integers::                The most basic data type.
10725 * Fractions::               This and above are called @dfn{rationals}.
10726 * Floats::                  This and above are called @dfn{reals}.
10727 * Complex Numbers::         This and above are called @dfn{numbers}.
10728 * Infinities::
10729 * Vectors and Matrices::
10730 * Strings::
10731 * HMS Forms::
10732 * Date Forms::
10733 * Modulo Forms::
10734 * Error Forms::
10735 * Interval Forms::
10736 * Incomplete Objects::
10737 * Variables::
10738 * Formulas::
10739 @end menu
10741 @node Integers, Fractions, Data Types, Data Types
10742 @section Integers
10744 @noindent
10745 @cindex Integers
10746 The Calculator stores integers to arbitrary precision.  Addition,
10747 subtraction, and multiplication of integers always yields an exact
10748 integer result.  (If the result of a division or exponentiation of
10749 integers is not an integer, it is expressed in fractional or
10750 floating-point form according to the current Fraction mode.
10751 @xref{Fraction Mode}.)
10753 A decimal integer is represented as an optional sign followed by a
10754 sequence of digits.  Grouping (@pxref{Grouping Digits}) can be used to
10755 insert a comma at every third digit for display purposes, but you
10756 must not type commas during the entry of numbers.
10758 @kindex #
10759 A non-decimal integer is represented as an optional sign, a radix
10760 between 2 and 36, a @samp{#} symbol, and one or more digits.  For radix 11
10761 and above, the letters A through Z (upper- or lower-case) count as
10762 digits and do not terminate numeric entry mode.  @xref{Radix Modes}, for how
10763 to set the default radix for display of integers.  Numbers of any radix
10764 may be entered at any time.  If you press @kbd{#} at the beginning of a
10765 number, the current display radix is used.
10767 @node Fractions, Floats, Integers, Data Types
10768 @section Fractions
10770 @noindent
10771 @cindex Fractions
10772 A @dfn{fraction} is a ratio of two integers.  Fractions are traditionally
10773 written ``2/3'' but Calc uses the notation @samp{2:3}.  (The @kbd{/} key
10774 performs RPN division; the following two sequences push the number
10775 @samp{2:3} on the stack:  @kbd{2 :@: 3 @key{RET}}, or @kbd{2 @key{RET} 3 /}
10776 assuming Fraction mode has been enabled.)
10777 When the Calculator produces a fractional result it always reduces it to
10778 simplest form, which may in fact be an integer.
10780 Fractions may also be entered in a three-part form, where @samp{2:3:4}
10781 represents two-and-three-quarters.  @xref{Fraction Formats}, for fraction
10782 display formats.
10784 Non-decimal fractions are entered and displayed as
10785 @samp{@var{radix}#@var{num}:@var{denom}} (or in the analogous three-part
10786 form).  The numerator and denominator always use the same radix.
10788 @node Floats, Complex Numbers, Fractions, Data Types
10789 @section Floats
10791 @noindent
10792 @cindex Floating-point numbers
10793 A floating-point number or @dfn{float} is a number stored in scientific
10794 notation.  The number of significant digits in the fractional part is
10795 governed by the current floating precision (@pxref{Precision}).  The
10796 range of acceptable values is from 
10797 @texline @math{10^{-3999999}}
10798 @infoline @expr{10^-3999999} 
10799 (inclusive) to 
10800 @texline @math{10^{4000000}}
10801 @infoline @expr{10^4000000}
10802 (exclusive), plus the corresponding negative values and zero.
10804 Calculations that would exceed the allowable range of values (such
10805 as @samp{exp(exp(20))}) are left in symbolic form by Calc.  The
10806 messages ``floating-point overflow'' or ``floating-point underflow''
10807 indicate that during the calculation a number would have been produced
10808 that was too large or too close to zero, respectively, to be represented
10809 by Calc.  This does not necessarily mean the final result would have
10810 overflowed, just that an overflow occurred while computing the result.
10811 (In fact, it could report an underflow even though the final result
10812 would have overflowed!)
10814 If a rational number and a float are mixed in a calculation, the result
10815 will in general be expressed as a float.  Commands that require an integer
10816 value (such as @kbd{k g} [@code{gcd}]) will also accept integer-valued
10817 floats, i.e., floating-point numbers with nothing after the decimal point.
10819 Floats are identified by the presence of a decimal point and/or an
10820 exponent.  In general a float consists of an optional sign, digits
10821 including an optional decimal point, and an optional exponent consisting
10822 of an @samp{e}, an optional sign, and up to seven exponent digits.
10823 For example, @samp{23.5e-2} is 23.5 times ten to the minus-second power,
10824 or 0.235.
10826 Floating-point numbers are normally displayed in decimal notation with
10827 all significant figures shown.  Exceedingly large or small numbers are
10828 displayed in scientific notation.  Various other display options are
10829 available.  @xref{Float Formats}.
10831 @cindex Accuracy of calculations
10832 Floating-point numbers are stored in decimal, not binary.  The result
10833 of each operation is rounded to the nearest value representable in the
10834 number of significant digits specified by the current precision,
10835 rounding away from zero in the case of a tie.  Thus (in the default
10836 display mode) what you see is exactly what you get.  Some operations such
10837 as square roots and transcendental functions are performed with several
10838 digits of extra precision and then rounded down, in an effort to make the
10839 final result accurate to the full requested precision.  However,
10840 accuracy is not rigorously guaranteed.  If you suspect the validity of a
10841 result, try doing the same calculation in a higher precision.  The
10842 Calculator's arithmetic is not intended to be IEEE-conformant in any
10843 way.
10845 While floats are always @emph{stored} in decimal, they can be entered
10846 and displayed in any radix just like integers and fractions.  The
10847 notation @samp{@var{radix}#@var{ddd}.@var{ddd}} is a floating-point
10848 number whose digits are in the specified radix.  Note that the @samp{.}
10849 is more aptly referred to as a ``radix point'' than as a decimal
10850 point in this case.  The number @samp{8#123.4567} is defined as
10851 @samp{8#1234567 * 8^-4}.  If the radix is 14 or less, you can use
10852 @samp{e} notation to write a non-decimal number in scientific notation.
10853 The exponent is written in decimal, and is considered to be a power
10854 of the radix: @samp{8#1234567e-4}.  If the radix is 15 or above, the
10855 letter @samp{e} is a digit, so scientific notation must be written
10856 out, e.g., @samp{16#123.4567*16^2}.  The first two exercises of the
10857 Modes Tutorial explore some of the properties of non-decimal floats.
10859 @node Complex Numbers, Infinities, Floats, Data Types
10860 @section Complex Numbers
10862 @noindent
10863 @cindex Complex numbers
10864 There are two supported formats for complex numbers: rectangular and
10865 polar.  The default format is rectangular, displayed in the form
10866 @samp{(@var{real},@var{imag})} where @var{real} is the real part and
10867 @var{imag} is the imaginary part, each of which may be any real number.
10868 Rectangular complex numbers can also be displayed in @samp{@var{a}+@var{b}i}
10869 notation; @pxref{Complex Formats}.
10871 Polar complex numbers are displayed in the form 
10872 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'
10873 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'
10874 where @var{r} is the nonnegative magnitude and 
10875 @texline @math{\theta}
10876 @infoline @var{theta} 
10877 is the argument or phase angle.  The range of 
10878 @texline @math{\theta}
10879 @infoline @var{theta} 
10880 depends on the current angular mode (@pxref{Angular Modes}); it is
10881 generally between @mathit{-180} and @mathit{+180} degrees or the equivalent range
10882 in radians. 
10884 Complex numbers are entered in stages using incomplete objects.
10885 @xref{Incomplete Objects}.
10887 Operations on rectangular complex numbers yield rectangular complex
10888 results, and similarly for polar complex numbers.  Where the two types
10889 are mixed, or where new complex numbers arise (as for the square root of
10890 a negative real), the current @dfn{Polar mode} is used to determine the
10891 type.  @xref{Polar Mode}.
10893 A complex result in which the imaginary part is zero (or the phase angle
10894 is 0 or 180 degrees or @cpi{} radians) is automatically converted to a real
10895 number.
10897 @node Infinities, Vectors and Matrices, Complex Numbers, Data Types
10898 @section Infinities
10900 @noindent
10901 @cindex Infinity
10902 @cindex @code{inf} variable
10903 @cindex @code{uinf} variable
10904 @cindex @code{nan} variable
10905 @vindex inf
10906 @vindex uinf
10907 @vindex nan
10908 The word @code{inf} represents the mathematical concept of @dfn{infinity}.
10909 Calc actually has three slightly different infinity-like values:
10910 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan}.  These are just regular
10911 variable names (@pxref{Variables}); you should avoid using these
10912 names for your own variables because Calc gives them special
10913 treatment.  Infinities, like all variable names, are normally
10914 entered using algebraic entry.
10916 Mathematically speaking, it is not rigorously correct to treat
10917 ``infinity'' as if it were a number, but mathematicians often do
10918 so informally.  When they say that @samp{1 / inf = 0}, what they
10919 really mean is that @expr{1 / x}, as @expr{x} becomes larger and
10920 larger, becomes arbitrarily close to zero.  So you can imagine
10921 that if @expr{x} got ``all the way to infinity,'' then @expr{1 / x}
10922 would go all the way to zero.  Similarly, when they say that
10923 @samp{exp(inf) = inf}, they mean that 
10924 @texline @math{e^x}
10925 @infoline @expr{exp(x)} 
10926 grows without bound as @expr{x} grows.  The symbol @samp{-inf} likewise
10927 stands for an infinitely negative real value; for example, we say that
10928 @samp{exp(-inf) = 0}.  You can have an infinity pointing in any
10929 direction on the complex plane:  @samp{sqrt(-inf) = i inf}.
10931 The same concept of limits can be used to define @expr{1 / 0}.  We
10932 really want the value that @expr{1 / x} approaches as @expr{x}
10933 approaches zero.  But if all we have is @expr{1 / 0}, we can't
10934 tell which direction @expr{x} was coming from.  If @expr{x} was
10935 positive and decreasing toward zero, then we should say that
10936 @samp{1 / 0 = inf}.  But if @expr{x} was negative and increasing
10937 toward zero, the answer is @samp{1 / 0 = -inf}.  In fact, @expr{x}
10938 could be an imaginary number, giving the answer @samp{i inf} or
10939 @samp{-i inf}.  Calc uses the special symbol @samp{uinf} to mean
10940 @dfn{undirected infinity}, i.e., a value which is infinitely
10941 large but with an unknown sign (or direction on the complex plane).
10943 Calc actually has three modes that say how infinities are handled.
10944 Normally, infinities never arise from calculations that didn't
10945 already have them.  Thus, @expr{1 / 0} is treated simply as an
10946 error and left unevaluated.  The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode})
10947 command (@pxref{Infinite Mode}) enables a mode in which
10948 @expr{1 / 0} evaluates to @code{uinf} instead.  There is also
10949 an alternative type of infinite mode which says to treat zeros
10950 as if they were positive, so that @samp{1 / 0 = inf}.  While this
10951 is less mathematically correct, it may be the answer you want in
10952 some cases.
10954 Since all infinities are ``as large'' as all others, Calc simplifies,
10955 e.g., @samp{5 inf} to @samp{inf}.  Another example is
10956 @samp{5 - inf = -inf}, where the @samp{-inf} is so large that
10957 adding a finite number like five to it does not affect it.
10958 Note that @samp{a - inf} also results in @samp{-inf}; Calc assumes
10959 that variables like @code{a} always stand for finite quantities.
10960 Just to show that infinities really are all the same size,
10961 note that @samp{sqrt(inf) = inf^2 = exp(inf) = inf} in Calc's
10962 notation.
10964 It's not so easy to define certain formulas like @samp{0 * inf} and
10965 @samp{inf / inf}.  Depending on where these zeros and infinities
10966 came from, the answer could be literally anything.  The latter
10967 formula could be the limit of @expr{x / x} (giving a result of one),
10968 or @expr{2 x / x} (giving two), or @expr{x^2 / x} (giving @code{inf}),
10969 or @expr{x / x^2} (giving zero).  Calc uses the symbol @code{nan}
10970 to represent such an @dfn{indeterminate} value.  (The name ``nan''
10971 comes from analogy with the ``NAN'' concept of IEEE standard
10972 arithmetic; it stands for ``Not A Number.''  This is somewhat of a
10973 misnomer, since @code{nan} @emph{does} stand for some number or
10974 infinity, it's just that @emph{which} number it stands for
10975 cannot be determined.)  In Calc's notation, @samp{0 * inf = nan}
10976 and @samp{inf / inf = nan}.  A few other common indeterminate
10977 expressions are @samp{inf - inf} and @samp{inf ^ 0}.  Also,
10978 @samp{0 / 0 = nan} if you have turned on Infinite mode
10979 (as described above).
10981 Infinities are especially useful as parts of @dfn{intervals}.
10982 @xref{Interval Forms}.
10984 @node Vectors and Matrices, Strings, Infinities, Data Types
10985 @section Vectors and Matrices
10987 @noindent
10988 @cindex Vectors
10989 @cindex Plain vectors
10990 @cindex Matrices
10991 The @dfn{vector} data type is flexible and general.  A vector is simply a
10992 list of zero or more data objects.  When these objects are numbers, the
10993 whole is a vector in the mathematical sense.  When these objects are
10994 themselves vectors of equal (nonzero) length, the whole is a @dfn{matrix}.
10995 A vector which is not a matrix is referred to here as a @dfn{plain vector}.
10997 A vector is displayed as a list of values separated by commas and enclosed
10998 in square brackets:  @samp{[1, 2, 3]}.  Thus the following is a 2 row by
10999 3 column matrix:  @samp{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.  Vectors, like complex
11000 numbers, are entered as incomplete objects.  @xref{Incomplete Objects}.
11001 During algebraic entry, vectors are entered all at once in the usual
11002 brackets-and-commas form.  Matrices may be entered algebraically as nested
11003 vectors, or using the shortcut notation @w{@samp{[1, 2, 3; 4, 5, 6]}},
11004 with rows separated by semicolons.  The commas may usually be omitted
11005 when entering vectors:  @samp{[1 2 3]}.  Curly braces may be used in
11006 place of brackets: @samp{@{1, 2, 3@}}, but the commas are required in
11007 this case.
11009 Traditional vector and matrix arithmetic is also supported;
11010 @pxref{Basic Arithmetic} and @pxref{Matrix Functions}.
11011 Many other operations are applied to vectors element-wise.  For example,
11012 the complex conjugate of a vector is a vector of the complex conjugates
11013 of its elements.
11015 @ignore
11016 @starindex
11017 @end ignore
11018 @tindex vec
11019 Algebraic functions for building vectors include @samp{vec(a, b, c)}
11020 to build @samp{[a, b, c]}, @samp{cvec(a, n, m)} to build an 
11021 @texline @math{n\times m}
11022 @infoline @var{n}x@var{m}
11023 matrix of @samp{a}s, and @samp{index(n)} to build a vector of integers
11024 from 1 to @samp{n}.
11026 @node Strings, HMS Forms, Vectors and Matrices, Data Types
11027 @section Strings
11029 @noindent
11030 @kindex "
11031 @cindex Strings
11032 @cindex Character strings
11033 Character strings are not a special data type in the Calculator.
11034 Rather, a string is represented simply as a vector all of whose
11035 elements are integers in the range 0 to 255 (ASCII codes).  You can
11036 enter a string at any time by pressing the @kbd{"} key.  Quotation
11037 marks and backslashes are written @samp{\"} and @samp{\\}, respectively,
11038 inside strings.  Other notations introduced by backslashes are:
11040 @example
11041 @group
11042 \a     7          \^@@    0
11043 \b     8          \^a-z  1-26
11044 \e     27         \^[    27
11045 \f     12         \^\\   28
11046 \n     10         \^]    29
11047 \r     13         \^^    30
11048 \t     9          \^_    31
11049                   \^?    127
11050 @end group
11051 @end example
11053 @noindent
11054 Finally, a backslash followed by three octal digits produces any
11055 character from its ASCII code.
11057 @kindex d "
11058 @pindex calc-display-strings
11059 Strings are normally displayed in vector-of-integers form.  The
11060 @w{@kbd{d "}} (@code{calc-display-strings}) command toggles a mode in
11061 which any vectors of small integers are displayed as quoted strings
11062 instead.
11064 The backslash notations shown above are also used for displaying
11065 strings.  Characters 128 and above are not translated by Calc; unless
11066 you have an Emacs modified for 8-bit fonts, these will show up in
11067 backslash-octal-digits notation.  For characters below 32, and
11068 for character 127, Calc uses the backslash-letter combination if
11069 there is one, or otherwise uses a @samp{\^} sequence.
11071 The only Calc feature that uses strings is @dfn{compositions};
11072 @pxref{Compositions}.  Strings also provide a convenient
11073 way to do conversions between ASCII characters and integers.
11075 @ignore
11076 @starindex
11077 @end ignore
11078 @tindex string
11079 There is a @code{string} function which provides a different display
11080 format for strings.  Basically, @samp{string(@var{s})}, where @var{s}
11081 is a vector of integers in the proper range, is displayed as the
11082 corresponding string of characters with no surrounding quotation
11083 marks or other modifications.  Thus @samp{string("ABC")} (or
11084 @samp{string([65 66 67])}) will look like @samp{ABC} on the stack.
11085 This happens regardless of whether @w{@kbd{d "}} has been used.  The
11086 only way to turn it off is to use @kbd{d U} (unformatted language
11087 mode) which will display @samp{string("ABC")} instead.
11089 Control characters are displayed somewhat differently by @code{string}.
11090 Characters below 32, and character 127, are shown using @samp{^} notation
11091 (same as shown above, but without the backslash).  The quote and
11092 backslash characters are left alone, as are characters 128 and above.
11094 @ignore
11095 @starindex
11096 @end ignore
11097 @tindex bstring
11098 The @code{bstring} function is just like @code{string} except that
11099 the resulting string is breakable across multiple lines if it doesn't
11100 fit all on one line.  Potential break points occur at every space
11101 character in the string.
11103 @node HMS Forms, Date Forms, Strings, Data Types
11104 @section HMS Forms
11106 @noindent
11107 @cindex Hours-minutes-seconds forms
11108 @cindex Degrees-minutes-seconds forms
11109 @dfn{HMS} stands for Hours-Minutes-Seconds; when used as an angular
11110 argument, the interpretation is Degrees-Minutes-Seconds.  All functions
11111 that operate on angles accept HMS forms.  These are interpreted as
11112 degrees regardless of the current angular mode.  It is also possible to
11113 use HMS as the angular mode so that calculated angles are expressed in
11114 degrees, minutes, and seconds.
11116 @kindex @@
11117 @ignore
11118 @mindex @null
11119 @end ignore
11120 @kindex ' (HMS forms)
11121 @ignore
11122 @mindex @null
11123 @end ignore
11124 @kindex " (HMS forms)
11125 @ignore
11126 @mindex @null
11127 @end ignore
11128 @kindex h (HMS forms)
11129 @ignore
11130 @mindex @null
11131 @end ignore
11132 @kindex o (HMS forms)
11133 @ignore
11134 @mindex @null
11135 @end ignore
11136 @kindex m (HMS forms)
11137 @ignore
11138 @mindex @null
11139 @end ignore
11140 @kindex s (HMS forms)
11141 The default format for HMS values is
11142 @samp{@var{hours}@@ @var{mins}' @var{secs}"}.  During entry, the letters
11143 @samp{h} (for ``hours'') or
11144 @samp{o} (approximating the ``degrees'' symbol) are accepted as well as
11145 @samp{@@}, @samp{m} is accepted in place of @samp{'}, and @samp{s} is
11146 accepted in place of @samp{"}.
11147 The @var{hours} value is an integer (or integer-valued float).
11148 The @var{mins} value is an integer or integer-valued float between 0 and 59.
11149 The @var{secs} value is a real number between 0 (inclusive) and 60
11150 (exclusive).  A positive HMS form is interpreted as @var{hours} +
11151 @var{mins}/60 + @var{secs}/3600.  A negative HMS form is interpreted
11152 as @mathit{- @var{hours}} @mathit{-} @var{mins}/60 @mathit{-} @var{secs}/3600.
11153 Display format for HMS forms is quite flexible.  @xref{HMS Formats}.
11155 HMS forms can be added and subtracted.  When they are added to numbers,
11156 the numbers are interpreted according to the current angular mode.  HMS
11157 forms can also be multiplied and divided by real numbers.  Dividing
11158 two HMS forms produces a real-valued ratio of the two angles.
11160 @pindex calc-time
11161 @cindex Time of day
11162 Just for kicks, @kbd{M-x calc-time} pushes the current time of day on
11163 the stack as an HMS form.
11165 @node Date Forms, Modulo Forms, HMS Forms, Data Types
11166 @section Date Forms
11168 @noindent
11169 @cindex Date forms
11170 A @dfn{date form} represents a date and possibly an associated time.
11171 Simple date arithmetic is supported:  Adding a number to a date
11172 produces a new date shifted by that many days; adding an HMS form to
11173 a date shifts it by that many hours.  Subtracting two date forms
11174 computes the number of days between them (represented as a simple
11175 number).  Many other operations, such as multiplying two date forms,
11176 are nonsensical and are not allowed by Calc.
11178 Date forms are entered and displayed enclosed in @samp{< >} brackets.
11179 The default format is, e.g., @samp{<Wed Jan 9, 1991>} for dates,
11180 or @samp{<3:32:20pm Wed Jan 9, 1991>} for dates with times.
11181 Input is flexible; date forms can be entered in any of the usual
11182 notations for dates and times.  @xref{Date Formats}.
11184 Date forms are stored internally as numbers, specifically the number
11185 of days since midnight on the morning of January 1 of the year 1 AD.
11186 If the internal number is an integer, the form represents a date only;
11187 if the internal number is a fraction or float, the form represents
11188 a date and time.  For example, @samp{<6:00am Wed Jan 9, 1991>}
11189 is represented by the number 726842.25.  The standard precision of
11190 12 decimal digits is enough to ensure that a (reasonable) date and
11191 time can be stored without roundoff error.
11193 If the current precision is greater than 12, date forms will keep
11194 additional digits in the seconds position.  For example, if the
11195 precision is 15, the seconds will keep three digits after the
11196 decimal point.  Decreasing the precision below 12 may cause the
11197 time part of a date form to become inaccurate.  This can also happen
11198 if astronomically high years are used, though this will not be an
11199 issue in everyday (or even everymillennium) use.  Note that date
11200 forms without times are stored as exact integers, so roundoff is
11201 never an issue for them.
11203 You can use the @kbd{v p} (@code{calc-pack}) and @kbd{v u}
11204 (@code{calc-unpack}) commands to get at the numerical representation
11205 of a date form.  @xref{Packing and Unpacking}.
11207 Date forms can go arbitrarily far into the future or past.  Negative
11208 year numbers represent years BC.  Calc uses a combination of the
11209 Gregorian and Julian calendars, following the history of Great
11210 Britain and the British colonies.  This is the same calendar that
11211 is used by the @code{cal} program in most Unix implementations.
11213 @cindex Julian calendar
11214 @cindex Gregorian calendar
11215 Some historical background:  The Julian calendar was created by
11216 Julius Caesar in the year 46 BC as an attempt to fix the gradual
11217 drift caused by the lack of leap years in the calendar used
11218 until that time.  The Julian calendar introduced an extra day in
11219 all years divisible by four.  After some initial confusion, the
11220 calendar was adopted around the year we call 8 AD.  Some centuries
11221 later it became apparent that the Julian year of 365.25 days was
11222 itself not quite right.  In 1582 Pope Gregory XIII introduced the
11223 Gregorian calendar, which added the new rule that years divisible
11224 by 100, but not by 400, were not to be considered leap years
11225 despite being divisible by four.  Many countries delayed adoption
11226 of the Gregorian calendar because of religious differences;
11227 in Britain it was put off until the year 1752, by which time
11228 the Julian calendar had fallen eleven days behind the true
11229 seasons.  So the switch to the Gregorian calendar in early
11230 September 1752 introduced a discontinuity:  The day after
11231 Sep 2, 1752 is Sep 14, 1752.  Calc follows this convention.
11232 To take another example, Russia waited until 1918 before
11233 adopting the new calendar, and thus needed to remove thirteen
11234 days (between Feb 1, 1918 and Feb 14, 1918).  This means that
11235 Calc's reckoning will be inconsistent with Russian history between
11236 1752 and 1918, and similarly for various other countries.
11238 Today's timekeepers introduce an occasional ``leap second'' as
11239 well, but Calc does not take these minor effects into account.
11240 (If it did, it would have to report a non-integer number of days
11241 between, say, @samp{<12:00am Mon Jan 1, 1900>} and
11242 @samp{<12:00am Sat Jan 1, 2000>}.)
11244 Calc uses the Julian calendar for all dates before the year 1752,
11245 including dates BC when the Julian calendar technically had not
11246 yet been invented.  Thus the claim that day number @mathit{-10000} is
11247 called ``August 16, 28 BC'' should be taken with a grain of salt.
11249 Please note that there is no ``year 0''; the day before
11250 @samp{<Sat Jan 1, +1>} is @samp{<Fri Dec 31, -1>}.  These are
11251 days 0 and @mathit{-1} respectively in Calc's internal numbering scheme.
11253 @cindex Julian day counting
11254 Another day counting system in common use is, confusingly, also
11255 called ``Julian.''  It was invented in 1583 by Joseph Justus
11256 Scaliger, who named it in honor of his father Julius Caesar
11257 Scaliger.  For obscure reasons he chose to start his day
11258 numbering on Jan 1, 4713 BC at noon, which in Calc's scheme
11259 is @mathit{-1721423.5} (recall that Calc starts at midnight instead
11260 of noon).  Thus to convert a Calc date code obtained by
11261 unpacking a date form into a Julian day number, simply add
11262 1721423.5.  The Julian code for @samp{6:00am Jan 9, 1991}
11263 is 2448265.75.  The built-in @kbd{t J} command performs
11264 this conversion for you.
11266 @cindex Unix time format
11267 The Unix operating system measures time as an integer number of
11268 seconds since midnight, Jan 1, 1970.  To convert a Calc date
11269 value into a Unix time stamp, first subtract 719164 (the code
11270 for @samp{<Jan 1, 1970>}), then multiply by 86400 (the number of
11271 seconds in a day) and press @kbd{R} to round to the nearest
11272 integer.  If you have a date form, you can simply subtract the
11273 day @samp{<Jan 1, 1970>} instead of unpacking and subtracting
11274 719164.  Likewise, divide by 86400 and add @samp{<Jan 1, 1970>}
11275 to convert from Unix time to a Calc date form.  (Note that
11276 Unix normally maintains the time in the GMT time zone; you may
11277 need to subtract five hours to get New York time, or eight hours
11278 for California time.  The same is usually true of Julian day
11279 counts.)  The built-in @kbd{t U} command performs these
11280 conversions.
11282 @node Modulo Forms, Error Forms, Date Forms, Data Types
11283 @section Modulo Forms
11285 @noindent
11286 @cindex Modulo forms
11287 A @dfn{modulo form} is a real number which is taken modulo (i.e., within
11288 an integer multiple of) some value @var{M}.  Arithmetic modulo @var{M}
11289 often arises in number theory.  Modulo forms are written
11290 `@var{a} @tfn{mod} @var{M}',
11291 where @var{a} and @var{M} are real numbers or HMS forms, and
11292 @texline @math{0 \le a < M}.
11293 @infoline @expr{0 <= a < @var{M}}.
11294 In many applications @expr{a} and @expr{M} will be
11295 integers but this is not required.
11297 Modulo forms are not to be confused with the modulo operator @samp{%}.
11298 The expression @samp{27 % 10} means to compute 27 modulo 10 to produce
11299 the result 7.  Further computations treat this 7 as just a regular integer.
11300 The expression @samp{27 mod 10} produces the result @samp{7 mod 10};
11301 further computations with this value are again reduced modulo 10 so that
11302 the result always lies in the desired range.
11304 When two modulo forms with identical @expr{M}'s are added or multiplied,
11305 the Calculator simply adds or multiplies the values, then reduces modulo
11306 @expr{M}.  If one argument is a modulo form and the other a plain number,
11307 the plain number is treated like a compatible modulo form.  It is also
11308 possible to raise modulo forms to powers; the result is the value raised
11309 to the power, then reduced modulo @expr{M}.  (When all values involved
11310 are integers, this calculation is done much more efficiently than
11311 actually computing the power and then reducing.)
11313 @cindex Modulo division
11314 Two modulo forms `@var{a} @tfn{mod} @var{M}' and `@var{b} @tfn{mod} @var{M}'
11315 can be divided if @expr{a}, @expr{b}, and @expr{M} are all
11316 integers.  The result is the modulo form which, when multiplied by
11317 `@var{b} @tfn{mod} @var{M}', produces `@var{a} @tfn{mod} @var{M}'.  If
11318 there is no solution to this equation (which can happen only when
11319 @expr{M} is non-prime), or if any of the arguments are non-integers, the
11320 division is left in symbolic form.  Other operations, such as square
11321 roots, are not yet supported for modulo forms.  (Note that, although
11322 @w{`@tfn{(}@var{a} @tfn{mod} @var{M}@tfn{)^.5}'} will compute a ``modulo square root''
11323 in the sense of reducing 
11324 @texline @math{\sqrt a}
11325 @infoline @expr{sqrt(a)} 
11326 modulo @expr{M}, this is not a useful definition from the
11327 number-theoretical point of view.)
11329 @ignore
11330 @mindex M
11331 @end ignore
11332 @kindex M (modulo forms)
11333 @ignore
11334 @mindex mod
11335 @end ignore
11336 @tindex mod (operator)
11337 To create a modulo form during numeric entry, press the shift-@kbd{M}
11338 key to enter the word @samp{mod}.  As a special convenience, pressing
11339 shift-@kbd{M} a second time automatically enters the value of @expr{M}
11340 that was most recently used before.  During algebraic entry, either
11341 type @samp{mod} by hand or press @kbd{M-m} (that's @kbd{@key{META}-m}).
11342 Once again, pressing this a second time enters the current modulo.
11344 You can also use @kbd{v p} and @kbd{%} to modify modulo forms.
11345 @xref{Building Vectors}.  @xref{Basic Arithmetic}.
11347 It is possible to mix HMS forms and modulo forms.  For example, an
11348 HMS form modulo 24 could be used to manipulate clock times; an HMS
11349 form modulo 360 would be suitable for angles.  Making the modulo @expr{M}
11350 also be an HMS form eliminates troubles that would arise if the angular
11351 mode were inadvertently set to Radians, in which case
11352 @w{@samp{2@@ 0' 0" mod 24}} would be interpreted as two degrees modulo
11353 24 radians!
11355 Modulo forms cannot have variables or formulas for components.  If you
11356 enter the formula @samp{(x + 2) mod 5}, Calc propagates the modulus
11357 to each of the coefficients:  @samp{(1 mod 5) x + (2 mod 5)}.
11359 @ignore
11360 @starindex
11361 @end ignore
11362 @tindex makemod
11363 The algebraic function @samp{makemod(a, m)} builds the modulo form
11364 @w{@samp{a mod m}}.
11366 @node Error Forms, Interval Forms, Modulo Forms, Data Types
11367 @section Error Forms
11369 @noindent
11370 @cindex Error forms
11371 @cindex Standard deviations
11372 An @dfn{error form} is a number with an associated standard
11373 deviation, as in @samp{2.3 +/- 0.12}.  The notation
11374 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11375 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} sigma' 
11376 stands for an uncertain value which follows
11377 a normal or Gaussian distribution of mean @expr{x} and standard
11378 deviation or ``error'' 
11379 @texline @math{\sigma}.
11380 @infoline @expr{sigma}.
11381 Both the mean and the error can be either numbers or
11382 formulas.  Generally these are real numbers but the mean may also be
11383 complex.  If the error is negative or complex, it is changed to its
11384 absolute value.  An error form with zero error is converted to a
11385 regular number by the Calculator.
11387 All arithmetic and transcendental functions accept error forms as input.
11388 Operations on the mean-value part work just like operations on regular
11389 numbers.  The error part for any function @expr{f(x)} (such as 
11390 @texline @math{\sin x}
11391 @infoline @expr{sin(x)})
11392 is defined by the error of @expr{x} times the derivative of @expr{f}
11393 evaluated at the mean value of @expr{x}.  For a two-argument function
11394 @expr{f(x,y)} (such as addition) the error is the square root of the sum
11395 of the squares of the errors due to @expr{x} and @expr{y}.
11396 @tex
11397 $$ \eqalign{
11398   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma)
11399     &= f(x) \hbox{\code{ +/- }} \sigma \left| {df(x) \over dx} \right| \cr
11400   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma_x, y \hbox{\code{ +/- }} \sigma_y)
11401     &= f(x,y) \hbox{\code{ +/- }}
11402         \sqrt{\left(\sigma_x \left| {\partial f(x,y) \over \partial x}
11403                              \right| \right)^2
11404              +\left(\sigma_y \left| {\partial f(x,y) \over \partial y}
11405                              \right| \right)^2 } \cr
11406 } $$
11407 @end tex
11408 Note that this
11409 definition assumes the errors in @expr{x} and @expr{y} are uncorrelated.
11410 A side effect of this definition is that @samp{(2 +/- 1) * (2 +/- 1)}
11411 is not the same as @samp{(2 +/- 1)^2}; the former represents the product
11412 of two independent values which happen to have the same probability
11413 distributions, and the latter is the product of one random value with itself.
11414 The former will produce an answer with less error, since on the average
11415 the two independent errors can be expected to cancel out.
11417 Consult a good text on error analysis for a discussion of the proper use
11418 of standard deviations.  Actual errors often are neither Gaussian-distributed
11419 nor uncorrelated, and the above formulas are valid only when errors
11420 are small.  As an example, the error arising from
11421 @texline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}@tfn{)}' 
11422 @infoline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}@tfn{)}' 
11423 is 
11424 @texline `@math{\sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11425 @infoline `@var{sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11426 When @expr{x} is close to zero,
11427 @texline @math{\cos x}
11428 @infoline @expr{cos(x)} 
11429 is close to one so the error in the sine is close to 
11430 @texline @math{\sigma};
11431 @infoline @expr{sigma};
11432 this makes sense, since 
11433 @texline @math{\sin x}
11434 @infoline @expr{sin(x)} 
11435 is approximately @expr{x} near zero, so a given error in @expr{x} will
11436 produce about the same error in the sine.  Likewise, near 90 degrees
11437 @texline @math{\cos x}
11438 @infoline @expr{cos(x)} 
11439 is nearly zero and so the computed error is
11440 small:  The sine curve is nearly flat in that region, so an error in @expr{x}
11441 has relatively little effect on the value of 
11442 @texline @math{\sin x}.
11443 @infoline @expr{sin(x)}.  
11444 However, consider @samp{sin(90 +/- 1000)}.  The cosine of 90 is zero, so
11445 Calc will report zero error!  We get an obviously wrong result because
11446 we have violated the small-error approximation underlying the error
11447 analysis.  If the error in @expr{x} had been small, the error in
11448 @texline @math{\sin x}
11449 @infoline @expr{sin(x)} 
11450 would indeed have been negligible.
11452 @ignore
11453 @mindex p
11454 @end ignore
11455 @kindex p (error forms)
11456 @tindex +/-
11457 To enter an error form during regular numeric entry, use the @kbd{p}
11458 (``plus-or-minus'') key to type the @samp{+/-} symbol.  (If you try actually
11459 typing @samp{+/-} the @kbd{+} key will be interpreted as the Calculator's
11460 @kbd{+} command!)  Within an algebraic formula, you can press @kbd{M-p} to
11461 type the @samp{+/-} symbol, or type it out by hand.
11463 Error forms and complex numbers can be mixed; the formulas shown above
11464 are used for complex numbers, too; note that if the error part evaluates
11465 to a complex number its absolute value (or the square root of the sum of
11466 the squares of the absolute values of the two error contributions) is
11467 used.  Mathematically, this corresponds to a radially symmetric Gaussian
11468 distribution of numbers on the complex plane.  However, note that Calc
11469 considers an error form with real components to represent a real number,
11470 not a complex distribution around a real mean.
11472 Error forms may also be composed of HMS forms.  For best results, both
11473 the mean and the error should be HMS forms if either one is.
11475 @ignore
11476 @starindex
11477 @end ignore
11478 @tindex sdev
11479 The algebraic function @samp{sdev(a, b)} builds the error form @samp{a +/- b}.
11481 @node Interval Forms, Incomplete Objects, Error Forms, Data Types
11482 @section Interval Forms
11484 @noindent
11485 @cindex Interval forms
11486 An @dfn{interval} is a subset of consecutive real numbers.  For example,
11487 the interval @samp{[2 ..@: 4]} represents all the numbers from 2 to 4,
11488 inclusive.  If you multiply it by the interval @samp{[0.5 ..@: 2]} you
11489 obtain @samp{[1 ..@: 8]}.  This calculation represents the fact that if
11490 you multiply some number in the range @samp{[2 ..@: 4]} by some other
11491 number in the range @samp{[0.5 ..@: 2]}, your result will lie in the range
11492 from 1 to 8.  Interval arithmetic is used to get a worst-case estimate
11493 of the possible range of values a computation will produce, given the
11494 set of possible values of the input.
11496 @ifinfo
11497 Calc supports several varieties of intervals, including @dfn{closed}
11498 intervals of the type shown above, @dfn{open} intervals such as
11499 @samp{(2 ..@: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11500 @emph{exclusive}, and @dfn{semi-open} intervals in which one end
11501 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11502 terms,
11503 @samp{[2 ..@: 4]} means @expr{2 <= x <= 4}, whereas
11504 @samp{[2 ..@: 4)} represents @expr{2 <= x < 4},
11505 @samp{(2 ..@: 4]} represents @expr{2 < x <= 4}, and
11506 @samp{(2 ..@: 4)} represents @expr{2 < x < 4}.
11507 @end ifinfo
11508 @tex
11509 Calc supports several varieties of intervals, including \dfn{closed}
11510 intervals of the type shown above, \dfn{open} intervals such as
11511 \samp{(2 ..\: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11512 \emph{exclusive}, and \dfn{semi-open} intervals in which one end
11513 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11514 terms,
11515 $$ \eqalign{
11516    [2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x \le 4  \cr
11517    [2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x  <  4  \cr
11518    (2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x \le 4  \cr
11519    (2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x  <  4  \cr
11520 } $$
11521 @end tex
11523 The lower and upper limits of an interval must be either real numbers
11524 (or HMS or date forms), or symbolic expressions which are assumed to be
11525 real-valued, or @samp{-inf} and @samp{inf}.  In general the lower limit
11526 must be less than the upper limit.  A closed interval containing only
11527 one value, @samp{[3 ..@: 3]}, is converted to a plain number (3)
11528 automatically.  An interval containing no values at all (such as
11529 @samp{[3 ..@: 2]} or @samp{[2 ..@: 2)}) can be represented but is not
11530 guaranteed to behave well when used in arithmetic.  Note that the
11531 interval @samp{[3 .. inf)} represents all real numbers greater than
11532 or equal to 3, and @samp{(-inf .. inf)} represents all real numbers.
11533 In fact, @samp{[-inf .. inf]} represents all real numbers including
11534 the real infinities.
11536 Intervals are entered in the notation shown here, either as algebraic
11537 formulas, or using incomplete forms.  (@xref{Incomplete Objects}.)
11538 In algebraic formulas, multiple periods in a row are collected from
11539 left to right, so that @samp{1...1e2} is interpreted as @samp{1.0 ..@: 1e2}
11540 rather than @samp{1 ..@: 0.1e2}.  Add spaces or zeros if you want to
11541 get the other interpretation.  If you omit the lower or upper limit,
11542 a default of @samp{-inf} or @samp{inf} (respectively) is furnished.
11544 Infinite mode also affects operations on intervals
11545 (@pxref{Infinities}).  Calc will always introduce an open infinity,
11546 as in @samp{1 / (0 .. 2] = [0.5 .. inf)}.  But closed infinities,
11547 @w{@samp{1 / [0 .. 2] = [0.5 .. inf]}}, arise only in Infinite mode;
11548 otherwise they are left unevaluated.  Note that the ``direction'' of
11549 a zero is not an issue in this case since the zero is always assumed
11550 to be continuous with the rest of the interval.  For intervals that
11551 contain zero inside them Calc is forced to give the result,
11552 @samp{1 / (-2 .. 2) = [-inf .. inf]}.
11554 While it may seem that intervals and error forms are similar, they are
11555 based on entirely different concepts of inexact quantities.  An error
11556 form 
11557 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11558 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}' 
11559 means a variable is random, and its value could
11560 be anything but is ``probably'' within one 
11561 @texline @math{\sigma} 
11562 @infoline @var{sigma} 
11563 of the mean value @expr{x}. An interval 
11564 `@tfn{[}@var{a} @tfn{..@:} @var{b}@tfn{]}' means a
11565 variable's value is unknown, but guaranteed to lie in the specified
11566 range.  Error forms are statistical or ``average case'' approximations;
11567 interval arithmetic tends to produce ``worst case'' bounds on an
11568 answer.
11570 Intervals may not contain complex numbers, but they may contain
11571 HMS forms or date forms.
11573 @xref{Set Operations}, for commands that interpret interval forms
11574 as subsets of the set of real numbers.
11576 @ignore
11577 @starindex
11578 @end ignore
11579 @tindex intv
11580 The algebraic function @samp{intv(n, a, b)} builds an interval form
11581 from @samp{a} to @samp{b}; @samp{n} is an integer code which must
11582 be 0 for @samp{(..)}, 1 for @samp{(..]}, 2 for @samp{[..)}, or
11583 3 for @samp{[..]}.
11585 Please note that in fully rigorous interval arithmetic, care would be
11586 taken to make sure that the computation of the lower bound rounds toward
11587 minus infinity, while upper bound computations round toward plus
11588 infinity.  Calc's arithmetic always uses a round-to-nearest mode,
11589 which means that roundoff errors could creep into an interval
11590 calculation to produce intervals slightly smaller than they ought to
11591 be.  For example, entering @samp{[1..2]} and pressing @kbd{Q 2 ^}
11592 should yield the interval @samp{[1..2]} again, but in fact it yields the
11593 (slightly too small) interval @samp{[1..1.9999999]} due to roundoff
11594 error.
11596 @node Incomplete Objects, Variables, Interval Forms, Data Types
11597 @section Incomplete Objects
11599 @noindent
11600 @ignore
11601 @mindex [ ]
11602 @end ignore
11603 @kindex [
11604 @ignore
11605 @mindex ( )
11606 @end ignore
11607 @kindex (
11608 @kindex ,
11609 @ignore
11610 @mindex @null
11611 @end ignore
11612 @kindex ]
11613 @ignore
11614 @mindex @null
11615 @end ignore
11616 @kindex )
11617 @cindex Incomplete vectors
11618 @cindex Incomplete complex numbers
11619 @cindex Incomplete interval forms
11620 When @kbd{(} or @kbd{[} is typed to begin entering a complex number or
11621 vector, respectively, the effect is to push an @dfn{incomplete} complex
11622 number or vector onto the stack.  The @kbd{,} key adds the value(s) at
11623 the top of the stack onto the current incomplete object.  The @kbd{)}
11624 and @kbd{]} keys ``close'' the incomplete object after adding any values
11625 on the top of the stack in front of the incomplete object.
11627 As a result, the sequence of keystrokes @kbd{[ 2 , 3 @key{RET} 2 * , 9 ]}
11628 pushes the vector @samp{[2, 6, 9]} onto the stack.  Likewise, @kbd{( 1 , 2 Q )}
11629 pushes the complex number @samp{(1, 1.414)} (approximately).
11631 If several values lie on the stack in front of the incomplete object,
11632 all are collected and appended to the object.  Thus the @kbd{,} key
11633 is redundant:  @kbd{[ 2 @key{RET} 3 @key{RET} 2 * 9 ]}.  Some people
11634 prefer the equivalent @key{SPC} key to @key{RET}.
11636 As a special case, typing @kbd{,} immediately after @kbd{(}, @kbd{[}, or
11637 @kbd{,} adds a zero or duplicates the preceding value in the list being
11638 formed.  Typing @key{DEL} during incomplete entry removes the last item
11639 from the list.
11641 @kindex ;
11642 The @kbd{;} key is used in the same way as @kbd{,} to create polar complex
11643 numbers:  @kbd{( 1 ; 2 )}.  When entering a vector, @kbd{;} is useful for
11644 creating a matrix.  In particular, @kbd{[ [ 1 , 2 ; 3 , 4 ; 5 , 6 ] ]} is
11645 equivalent to @kbd{[ [ 1 , 2 ] , [ 3 , 4 ] , [ 5 , 6 ] ]}.
11647 @kindex ..
11648 @pindex calc-dots
11649 Incomplete entry is also used to enter intervals.  For example,
11650 @kbd{[ 2 ..@: 4 )} enters a semi-open interval.  Note that when you type
11651 the first period, it will be interpreted as a decimal point, but when
11652 you type a second period immediately afterward, it is re-interpreted as
11653 part of the interval symbol.  Typing @kbd{..} corresponds to executing
11654 the @code{calc-dots} command.
11656 If you find incomplete entry distracting, you may wish to enter vectors
11657 and complex numbers as algebraic formulas by pressing the apostrophe key.
11659 @node Variables, Formulas, Incomplete Objects, Data Types
11660 @section Variables
11662 @noindent
11663 @cindex Variables, in formulas
11664 A @dfn{variable} is somewhere between a storage register on a conventional
11665 calculator, and a variable in a programming language.  (In fact, a Calc
11666 variable is really just an Emacs Lisp variable that contains a Calc number
11667 or formula.)  A variable's name is normally composed of letters and digits.
11668 Calc also allows apostrophes and @code{#} signs in variable names.
11669 (The Calc variable @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp variable
11670 @code{var-foo}, but unless you access the variable from within Emacs
11671 Lisp, you don't need to worry about it.  Variable names in algebraic
11672 formulas implicitly have @samp{var-} prefixed to their names.  The
11673 @samp{#} character in variable names used in algebraic formulas
11674 corresponds to a dash @samp{-} in the Lisp variable name.  If the name
11675 contains any dashes, the prefix @samp{var-} is @emph{not} automatically
11676 added.  Thus the two formulas @samp{foo + 1} and @samp{var#foo + 1} both
11677 refer to the same variable.)
11679 In a command that takes a variable name, you can either type the full
11680 name of a variable, or type a single digit to use one of the special
11681 convenience variables @code{q0} through @code{q9}.  For example,
11682 @kbd{3 s s 2} stores the number 3 in variable @code{q2}, and
11683 @w{@kbd{3 s s foo @key{RET}}} stores that number in variable
11684 @code{foo}.
11686 To push a variable itself (as opposed to the variable's value) on the
11687 stack, enter its name as an algebraic expression using the apostrophe
11688 (@key{'}) key.
11690 @kindex =
11691 @pindex calc-evaluate
11692 @cindex Evaluation of variables in a formula
11693 @cindex Variables, evaluation
11694 @cindex Formulas, evaluation
11695 The @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) key ``evaluates'' a formula by
11696 replacing all variables in the formula which have been given values by a
11697 @code{calc-store} or @code{calc-let} command by their stored values.
11698 Other variables are left alone.  Thus a variable that has not been
11699 stored acts like an abstract variable in algebra; a variable that has
11700 been stored acts more like a register in a traditional calculator.
11701 With a positive numeric prefix argument, @kbd{=} evaluates the top
11702 @var{n} stack entries; with a negative argument, @kbd{=} evaluates
11703 the @var{n}th stack entry.
11705 @cindex @code{e} variable
11706 @cindex @code{pi} variable
11707 @cindex @code{i} variable
11708 @cindex @code{phi} variable
11709 @cindex @code{gamma} variable
11710 @vindex e
11711 @vindex pi
11712 @vindex i
11713 @vindex phi
11714 @vindex gamma
11715 A few variables are called @dfn{special constants}.  Their names are
11716 @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi}, and @samp{gamma}.
11717 (@xref{Scientific Functions}.)  When they are evaluated with @kbd{=},
11718 their values are calculated if necessary according to the current precision
11719 or complex polar mode.  If you wish to use these symbols for other purposes,
11720 simply undefine or redefine them using @code{calc-store}.
11722 The variables @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} stand for
11723 infinite or indeterminate values.  It's best not to use them as
11724 regular variables, since Calc uses special algebraic rules when
11725 it manipulates them.  Calc displays a warning message if you store
11726 a value into any of these special variables.
11728 @xref{Store and Recall}, for a discussion of commands dealing with variables.
11730 @node Formulas, , Variables, Data Types
11731 @section Formulas
11733 @noindent
11734 @cindex Formulas
11735 @cindex Expressions
11736 @cindex Operators in formulas
11737 @cindex Precedence of operators
11738 When you press the apostrophe key you may enter any expression or formula
11739 in algebraic form.  (Calc uses the terms ``expression'' and ``formula''
11740 interchangeably.)  An expression is built up of numbers, variable names,
11741 and function calls, combined with various arithmetic operators.
11742 Parentheses may
11743 be used to indicate grouping.  Spaces are ignored within formulas, except
11744 that spaces are not permitted within variable names or numbers.
11745 Arithmetic operators, in order from highest to lowest precedence, and
11746 with their equivalent function names, are:
11748 @samp{_} [@code{subscr}] (subscripts);
11750 postfix @samp{%} [@code{percent}] (as in @samp{25% = 0.25});
11752 prefix @samp{+} and @samp{-} [@code{neg}] (as in @samp{-x})
11753 and prefix @samp{!} [@code{lnot}] (logical ``not,'' as in @samp{!x});
11755 @samp{+/-} [@code{sdev}] (the standard deviation symbol) and
11756 @samp{mod} [@code{makemod}] (the symbol for modulo forms);
11758 postfix @samp{!} [@code{fact}] (factorial, as in @samp{n!})
11759 and postfix @samp{!!} [@code{dfact}] (double factorial);
11761 @samp{^} [@code{pow}] (raised-to-the-power-of);
11763 @samp{*} [@code{mul}];
11765 @samp{/} [@code{div}], @samp{%} [@code{mod}] (modulo), and
11766 @samp{\} [@code{idiv}] (integer division);
11768 infix @samp{+} [@code{add}] and @samp{-} [@code{sub}] (as in @samp{x-y});
11770 @samp{|} [@code{vconcat}] (vector concatenation);
11772 relations @samp{=} [@code{eq}], @samp{!=} [@code{neq}], @samp{<} [@code{lt}],
11773 @samp{>} [@code{gt}], @samp{<=} [@code{leq}], and @samp{>=} [@code{geq}];
11775 @samp{&&} [@code{land}] (logical ``and'');
11777 @samp{||} [@code{lor}] (logical ``or'');
11779 the C-style ``if'' operator @samp{a?b:c} [@code{if}];
11781 @samp{!!!} [@code{pnot}] (rewrite pattern ``not'');
11783 @samp{&&&} [@code{pand}] (rewrite pattern ``and'');
11785 @samp{|||} [@code{por}] (rewrite pattern ``or'');
11787 @samp{:=} [@code{assign}] (for assignments and rewrite rules);
11789 @samp{::} [@code{condition}] (rewrite pattern condition);
11791 @samp{=>} [@code{evalto}].
11793 Note that, unlike in usual computer notation, multiplication binds more
11794 strongly than division:  @samp{a*b/c*d} is equivalent to 
11795 @texline @math{a b \over c d}.
11796 @infoline @expr{(a*b)/(c*d)}.
11798 @cindex Multiplication, implicit
11799 @cindex Implicit multiplication
11800 The multiplication sign @samp{*} may be omitted in many cases.  In particular,
11801 if the righthand side is a number, variable name, or parenthesized
11802 expression, the @samp{*} may be omitted.  Implicit multiplication has the
11803 same precedence as the explicit @samp{*} operator.  The one exception to
11804 the rule is that a variable name followed by a parenthesized expression,
11805 as in @samp{f(x)},
11806 is interpreted as a function call, not an implicit @samp{*}.  In many
11807 cases you must use a space if you omit the @samp{*}:  @samp{2a} is the
11808 same as @samp{2*a}, and @samp{a b} is the same as @samp{a*b}, but @samp{ab}
11809 is a variable called @code{ab}, @emph{not} the product of @samp{a} and
11810 @samp{b}!  Also note that @samp{f (x)} is still a function call.
11812 @cindex Implicit comma in vectors
11813 The rules are slightly different for vectors written with square brackets.
11814 In vectors, the space character is interpreted (like the comma) as a
11815 separator of elements of the vector.  Thus @w{@samp{[ 2a b+c d ]}} is
11816 equivalent to @samp{[2*a, b+c, d]}, whereas @samp{2a b+c d} is equivalent
11817 to @samp{2*a*b + c*d}.
11818 Note that spaces around the brackets, and around explicit commas, are
11819 ignored.  To force spaces to be interpreted as multiplication you can
11820 enclose a formula in parentheses as in @samp{[(a b) 2(c d)]}, which is
11821 interpreted as @samp{[a*b, 2*c*d]}.  An implicit comma is also inserted
11822 between @samp{][}, as in the matrix @samp{[[1 2][3 4]]}.
11824 Vectors that contain commas (not embedded within nested parentheses or
11825 brackets) do not treat spaces specially:  @samp{[a b, 2 c d]} is a vector
11826 of two elements.  Also, if it would be an error to treat spaces as
11827 separators, but not otherwise, then Calc will ignore spaces:
11828 @w{@samp{[a - b]}} is a vector of one element, but @w{@samp{[a -b]}} is
11829 a vector of two elements.  Finally, vectors entered with curly braces
11830 instead of square brackets do not give spaces any special treatment.
11831 When Calc displays a vector that does not contain any commas, it will
11832 insert parentheses if necessary to make the meaning clear:
11833 @w{@samp{[(a b)]}}.
11835 The expression @samp{5%-2} is ambiguous; is this five-percent minus two,
11836 or five modulo minus-two?  Calc always interprets the leftmost symbol as
11837 an infix operator preferentially (modulo, in this case), so you would
11838 need to write @samp{(5%)-2} to get the former interpretation.
11840 @cindex Function call notation
11841 A function call is, e.g., @samp{sin(1+x)}.  (The Calc algebraic function
11842 @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp function @code{calcFunc-foo},
11843 but unless you access the function from within Emacs Lisp, you don't
11844 need to worry about it.)  Most mathematical Calculator commands like
11845 @code{calc-sin} have function equivalents like @code{sin}.
11846 If no Lisp function is defined for a function called by a formula, the
11847 call is left as it is during algebraic manipulation: @samp{f(x+y)} is
11848 left alone.  Beware that many innocent-looking short names like @code{in}
11849 and @code{re} have predefined meanings which could surprise you; however,
11850 single letters or single letters followed by digits are always safe to
11851 use for your own function names.  @xref{Function Index}.
11853 In the documentation for particular commands, the notation @kbd{H S}
11854 (@code{calc-sinh}) [@code{sinh}] means that the key sequence @kbd{H S}, the
11855 command @kbd{M-x calc-sinh}, and the algebraic function @code{sinh(x)} all
11856 represent the same operation.
11858 Commands that interpret (``parse'') text as algebraic formulas include
11859 algebraic entry (@kbd{'}), editing commands like @kbd{`} which parse
11860 the contents of the editing buffer when you finish, the @kbd{M-# g}
11861 and @w{@kbd{M-# r}} commands, the @kbd{C-y} command, the X window system
11862 ``paste'' mouse operation, and Embedded mode.  All of these operations
11863 use the same rules for parsing formulas; in particular, language modes
11864 (@pxref{Language Modes}) affect them all in the same way.
11866 When you read a large amount of text into the Calculator (say a vector
11867 which represents a big set of rewrite rules; @pxref{Rewrite Rules}),
11868 you may wish to include comments in the text.  Calc's formula parser
11869 ignores the symbol @samp{%%} and anything following it on a line:
11871 @example
11872 [ a + b,   %% the sum of "a" and "b"
11873   c + d,
11874   %% last line is coming up:
11875   e + f ]
11876 @end example
11878 @noindent
11879 This is parsed exactly the same as @samp{[ a + b, c + d, e + f ]}.
11881 @xref{Syntax Tables}, for a way to create your own operators and other
11882 input notations.  @xref{Compositions}, for a way to create new display
11883 formats.
11885 @xref{Algebra}, for commands for manipulating formulas symbolically.
11887 @node Stack and Trail, Mode Settings, Data Types, Top
11888 @chapter Stack and Trail Commands
11890 @noindent
11891 This chapter describes the Calc commands for manipulating objects on the
11892 stack and in the trail buffer.  (These commands operate on objects of any
11893 type, such as numbers, vectors, formulas, and incomplete objects.)
11895 @menu
11896 * Stack Manipulation::
11897 * Editing Stack Entries::
11898 * Trail Commands::
11899 * Keep Arguments::
11900 @end menu
11902 @node Stack Manipulation, Editing Stack Entries, Stack and Trail, Stack and Trail
11903 @section Stack Manipulation Commands
11905 @noindent
11906 @kindex @key{RET}
11907 @kindex @key{SPC}
11908 @pindex calc-enter
11909 @cindex Duplicating stack entries
11910 To duplicate the top object on the stack, press @key{RET} or @key{SPC}
11911 (two equivalent keys for the @code{calc-enter} command).
11912 Given a positive numeric prefix argument, these commands duplicate
11913 several elements at the top of the stack.
11914 Given a negative argument,
11915 these commands duplicate the specified element of the stack.
11916 Given an argument of zero, they duplicate the entire stack.
11917 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11918 @key{RET} creates @samp{10 20 30 30},
11919 @kbd{C-u 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20 30},
11920 @kbd{C-u - 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20}, and
11921 @kbd{C-u 0 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 10 20 30}.
11923 @kindex @key{LFD}
11924 @pindex calc-over
11925 The @key{LFD} (@code{calc-over}) command (on a key marked Line-Feed if you
11926 have it, else on @kbd{C-j}) is like @code{calc-enter}
11927 except that the sign of the numeric prefix argument is interpreted
11928 oppositely.  Also, with no prefix argument the default argument is 2.
11929 Thus with @samp{10 20 30} on the stack, @key{LFD} and @kbd{C-u 2 @key{LFD}}
11930 are both equivalent to @kbd{C-u - 2 @key{RET}}, producing
11931 @samp{10 20 30 20}.
11933 @kindex @key{DEL}
11934 @kindex C-d
11935 @pindex calc-pop
11936 @cindex Removing stack entries
11937 @cindex Deleting stack entries
11938 To remove the top element from the stack, press @key{DEL} (@code{calc-pop}).
11939 The @kbd{C-d} key is a synonym for @key{DEL}.
11940 (If the top element is an incomplete object with at least one element, the
11941 last element is removed from it.)  Given a positive numeric prefix argument,
11942 several elements are removed.  Given a negative argument, the specified
11943 element of the stack is deleted.  Given an argument of zero, the entire
11944 stack is emptied.
11945 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11946 @key{DEL} leaves @samp{10 20},
11947 @kbd{C-u 2 @key{DEL}} leaves @samp{10},
11948 @kbd{C-u - 2 @key{DEL}} leaves @samp{10 30}, and
11949 @kbd{C-u 0 @key{DEL}} leaves an empty stack.
11951 @kindex M-@key{DEL}
11952 @pindex calc-pop-above
11953 The @kbd{M-@key{DEL}} (@code{calc-pop-above}) command is to @key{DEL} what
11954 @key{LFD} is to @key{RET}:  It interprets the sign of the numeric
11955 prefix argument in the opposite way, and the default argument is 2.
11956 Thus @kbd{M-@key{DEL}} by itself removes the second-from-top stack element,
11957 leaving the first, third, fourth, and so on; @kbd{M-3 M-@key{DEL}} deletes
11958 the third stack element.
11960 @kindex @key{TAB}
11961 @pindex calc-roll-down
11962 To exchange the top two elements of the stack, press @key{TAB}
11963 (@code{calc-roll-down}).  Given a positive numeric prefix argument, the
11964 specified number of elements at the top of the stack are rotated downward.
11965 Given a negative argument, the entire stack is rotated downward the specified
11966 number of times.  Given an argument of zero, the entire stack is reversed
11967 top-for-bottom.
11968 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11969 @key{TAB} creates @samp{10 20 30 50 40},
11970 @kbd{C-u 3 @key{TAB}} creates @samp{10 20 50 30 40},
11971 @kbd{C-u - 2 @key{TAB}} creates @samp{40 50 10 20 30}, and
11972 @kbd{C-u 0 @key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11974 @kindex M-@key{TAB}
11975 @pindex calc-roll-up
11976 The command @kbd{M-@key{TAB}} (@code{calc-roll-up}) is analogous to @key{TAB}
11977 except that it rotates upward instead of downward.  Also, the default
11978 with no prefix argument is to rotate the top 3 elements.
11979 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11980 @kbd{M-@key{TAB}} creates @samp{10 20 40 50 30},
11981 @kbd{C-u 4 M-@key{TAB}} creates @samp{10 30 40 50 20},
11982 @kbd{C-u - 2 M-@key{TAB}} creates @samp{30 40 50 10 20}, and
11983 @kbd{C-u 0 M-@key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11985 A good way to view the operation of @key{TAB} and @kbd{M-@key{TAB}} is in
11986 terms of moving a particular element to a new position in the stack.
11987 With a positive argument @var{n}, @key{TAB} moves the top stack
11988 element down to level @var{n}, making room for it by pulling all the
11989 intervening stack elements toward the top.  @kbd{M-@key{TAB}} moves the
11990 element at level @var{n} up to the top.  (Compare with @key{LFD},
11991 which copies instead of moving the element in level @var{n}.)
11993 With a negative argument @mathit{-@var{n}}, @key{TAB} rotates the stack
11994 to move the object in level @var{n} to the deepest place in the
11995 stack, and the object in level @mathit{@var{n}+1} to the top.  @kbd{M-@key{TAB}}
11996 rotates the deepest stack element to be in level @mathit{n}, also
11997 putting the top stack element in level @mathit{@var{n}+1}.
11999 @xref{Selecting Subformulas}, for a way to apply these commands to
12000 any portion of a vector or formula on the stack.
12002 @node Editing Stack Entries, Trail Commands, Stack Manipulation, Stack and Trail
12003 @section Editing Stack Entries
12005 @noindent
12006 @kindex `
12007 @pindex calc-edit
12008 @pindex calc-edit-finish
12009 @cindex Editing the stack with Emacs
12010 The backquote, @kbd{`} (@code{calc-edit}) command creates a temporary
12011 buffer (@samp{*Calc Edit*}) for editing the top-of-stack value using
12012 regular Emacs commands.  With a numeric prefix argument, it edits the
12013 specified number of stack entries at once.  (An argument of zero edits
12014 the entire stack; a negative argument edits one specific stack entry.)
12016 When you are done editing, press @kbd{C-c C-c} to finish and return
12017 to Calc.  The @key{RET} and @key{LFD} keys also work to finish most
12018 sorts of editing, though in some cases Calc leaves @key{RET} with its
12019 usual meaning (``insert a newline'') if it's a situation where you
12020 might want to insert new lines into the editing buffer.
12022 When you finish editing, the Calculator parses the lines of text in
12023 the @samp{*Calc Edit*} buffer as numbers or formulas, replaces the
12024 original stack elements in the original buffer with these new values,
12025 then kills the @samp{*Calc Edit*} buffer.  The original Calculator buffer
12026 continues to exist during editing, but for best results you should be
12027 careful not to change it until you have finished the edit.  You can
12028 also cancel the edit by killing the buffer with @kbd{C-x k}.
12030 The formula is normally reevaluated as it is put onto the stack.
12031 For example, editing @samp{a + 2} to @samp{3 + 2} and pressing
12032 @kbd{C-c C-c} will push 5 on the stack.  If you use @key{LFD} to
12033 finish, Calc will put the result on the stack without evaluating it.
12035 If you give a prefix argument to @kbd{C-c C-c},
12036 Calc will not kill the @samp{*Calc Edit*} buffer.  You can switch
12037 back to that buffer and continue editing if you wish.  However, you
12038 should understand that if you initiated the edit with @kbd{`}, the
12039 @kbd{C-c C-c} operation will be programmed to replace the top of the
12040 stack with the new edited value, and it will do this even if you have
12041 rearranged the stack in the meanwhile.  This is not so much of a problem
12042 with other editing commands, though, such as @kbd{s e}
12043 (@code{calc-edit-variable}; @pxref{Operations on Variables}).
12045 If the @code{calc-edit} command involves more than one stack entry,
12046 each line of the @samp{*Calc Edit*} buffer is interpreted as a
12047 separate formula.  Otherwise, the entire buffer is interpreted as
12048 one formula, with line breaks ignored.  (You can use @kbd{C-o} or
12049 @kbd{C-q C-j} to insert a newline in the buffer without pressing @key{RET}.)
12051 The @kbd{`} key also works during numeric or algebraic entry.  The
12052 text entered so far is moved to the @code{*Calc Edit*} buffer for
12053 more extensive editing than is convenient in the minibuffer.
12055 @node Trail Commands, Keep Arguments, Editing Stack Entries, Stack and Trail
12056 @section Trail Commands
12058 @noindent
12059 @cindex Trail buffer
12060 The commands for manipulating the Calc Trail buffer are two-key sequences
12061 beginning with the @kbd{t} prefix.
12063 @kindex t d
12064 @pindex calc-trail-display
12065 The @kbd{t d} (@code{calc-trail-display}) command turns display of the
12066 trail on and off.  Normally the trail display is toggled on if it was off,
12067 off if it was on.  With a numeric prefix of zero, this command always
12068 turns the trail off; with a prefix of one, it always turns the trail on.
12069 The other trail-manipulation commands described here automatically turn
12070 the trail on.  Note that when the trail is off values are still recorded
12071 there; they are simply not displayed.  To set Emacs to turn the trail
12072 off by default, type @kbd{t d} and then save the mode settings with
12073 @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}).
12075 @kindex t i
12076 @pindex calc-trail-in
12077 @kindex t o
12078 @pindex calc-trail-out
12079 The @kbd{t i} (@code{calc-trail-in}) and @kbd{t o}
12080 (@code{calc-trail-out}) commands switch the cursor into and out of the
12081 Calc Trail window.  In practice they are rarely used, since the commands
12082 shown below are a more convenient way to move around in the
12083 trail, and they work ``by remote control'' when the cursor is still
12084 in the Calculator window.
12086 @cindex Trail pointer
12087 There is a @dfn{trail pointer} which selects some entry of the trail at
12088 any given time.  The trail pointer looks like a @samp{>} symbol right
12089 before the selected number.  The following commands operate on the
12090 trail pointer in various ways.
12092 @kindex t y
12093 @pindex calc-trail-yank
12094 @cindex Retrieving previous results
12095 The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command reads the selected value in
12096 the trail and pushes it onto the Calculator stack.  It allows you to
12097 re-use any previously computed value without retyping.  With a numeric
12098 prefix argument @var{n}, it yanks the value @var{n} lines above the current
12099 trail pointer.
12101 @kindex t <
12102 @pindex calc-trail-scroll-left
12103 @kindex t >
12104 @pindex calc-trail-scroll-right
12105 The @kbd{t <} (@code{calc-trail-scroll-left}) and @kbd{t >}
12106 (@code{calc-trail-scroll-right}) commands horizontally scroll the trail
12107 window left or right by one half of its width.
12109 @kindex t n
12110 @pindex calc-trail-next
12111 @kindex t p
12112 @pindex calc-trail-previous
12113 @kindex t f
12114 @pindex calc-trail-forward
12115 @kindex t b
12116 @pindex calc-trail-backward
12117 The @kbd{t n} (@code{calc-trail-next}) and @kbd{t p}
12118 (@code{calc-trail-previous)} commands move the trail pointer down or up
12119 one line.  The @kbd{t f} (@code{calc-trail-forward}) and @kbd{t b}
12120 (@code{calc-trail-backward}) commands move the trail pointer down or up
12121 one screenful at a time.  All of these commands accept numeric prefix
12122 arguments to move several lines or screenfuls at a time.
12124 @kindex t [
12125 @pindex calc-trail-first
12126 @kindex t ]
12127 @pindex calc-trail-last
12128 @kindex t h
12129 @pindex calc-trail-here
12130 The @kbd{t [} (@code{calc-trail-first}) and @kbd{t ]}
12131 (@code{calc-trail-last}) commands move the trail pointer to the first or
12132 last line of the trail.  The @kbd{t h} (@code{calc-trail-here}) command
12133 moves the trail pointer to the cursor position; unlike the other trail
12134 commands, @kbd{t h} works only when Calc Trail is the selected window.
12136 @kindex t s
12137 @pindex calc-trail-isearch-forward
12138 @kindex t r
12139 @pindex calc-trail-isearch-backward
12140 @ifinfo
12141 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12142 (@code{calc-trail-isearch-backward}) commands perform an incremental
12143 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12144 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12145 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12146 it was when the search began.
12147 @end ifinfo
12148 @tex
12149 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12150 (@code{calc-trail-isearch-backward}) com\-mands perform an incremental
12151 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12152 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12153 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12154 it was when the search began.
12155 @end tex
12157 @kindex t m
12158 @pindex calc-trail-marker
12159 The @kbd{t m} (@code{calc-trail-marker}) command allows you to enter a
12160 line of text of your own choosing into the trail.  The text is inserted
12161 after the line containing the trail pointer; this usually means it is
12162 added to the end of the trail.  Trail markers are useful mainly as the
12163 targets for later incremental searches in the trail.
12165 @kindex t k
12166 @pindex calc-trail-kill
12167 The @kbd{t k} (@code{calc-trail-kill}) command removes the selected line
12168 from the trail.  The line is saved in the Emacs kill ring suitable for
12169 yanking into another buffer, but it is not easy to yank the text back
12170 into the trail buffer.  With a numeric prefix argument, this command
12171 kills the @var{n} lines below or above the selected one.
12173 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command is described
12174 elsewhere; @pxref{Vector and Matrix Formats}.
12176 @node Keep Arguments, , Trail Commands, Stack and Trail
12177 @section Keep Arguments
12179 @noindent
12180 @kindex K
12181 @pindex calc-keep-args
12182 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command acts like a prefix for
12183 the following command.  It prevents that command from removing its
12184 arguments from the stack.  For example, after @kbd{2 @key{RET} 3 +},
12185 the stack contains the sole number 5, but after @kbd{2 @key{RET} 3 K +},
12186 the stack contains the arguments and the result: @samp{2 3 5}.
12188 With the exception of keyboard macros, this works for all commands that
12189 take arguments off the stack. (To avoid potentially unpleasant behavior,
12190 a @kbd{K} prefix before a keyboard macro will be ignored.  A @kbd{K}
12191 prefix called @emph{within} the keyboard macro will still take effect.)  
12192 As another example, @kbd{K a s} simplifies a formula, pushing the
12193 simplified version of the formula onto the stack after the original
12194 formula (rather than replacing the original formula).  Note that you
12195 could get the same effect by typing @kbd{@key{RET} a s}, copying the
12196 formula and then simplifying the copy. One difference is that for a very
12197 large formula the time taken to format the intermediate copy in
12198 @kbd{@key{RET} a s} could be noticeable; @kbd{K a s} would avoid this
12199 extra work. 
12201 Even stack manipulation commands are affected.  @key{TAB} works by
12202 popping two values and pushing them back in the opposite order,
12203 so @kbd{2 @key{RET} 3 K @key{TAB}} produces @samp{2 3 3 2}.
12205 A few Calc commands provide other ways of doing the same thing.
12206 For example, @kbd{' sin($)} replaces the number on the stack with
12207 its sine using algebraic entry; to push the sine and keep the
12208 original argument you could use either @kbd{' sin($1)} or
12209 @kbd{K ' sin($)}.  @xref{Algebraic Entry}.  Also, the @kbd{s s}
12210 command is effectively the same as @kbd{K s t}.  @xref{Storing Variables}.
12212 If you execute a command and then decide you really wanted to keep
12213 the argument, you can press @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
12214 This command pushes the last arguments that were popped by any command
12215 onto the stack.  Note that the order of things on the stack will be
12216 different than with @kbd{K}:  @kbd{2 @key{RET} 3 + M-@key{RET}} leaves
12217 @samp{5 2 3} on the stack instead of @samp{2 3 5}.  @xref{Undo}.
12219 @node Mode Settings, Arithmetic, Stack and Trail, Top
12220 @chapter Mode Settings
12222 @noindent
12223 This chapter describes commands that set modes in the Calculator.
12224 They do not affect the contents of the stack, although they may change
12225 the @emph{appearance} or @emph{interpretation} of the stack's contents.
12227 @menu
12228 * General Mode Commands::
12229 * Precision::
12230 * Inverse and Hyperbolic::
12231 * Calculation Modes::
12232 * Simplification Modes::
12233 * Declarations::
12234 * Display Modes::
12235 * Language Modes::
12236 * Modes Variable::
12237 * Calc Mode Line::
12238 @end menu
12240 @node General Mode Commands, Precision, Mode Settings, Mode Settings
12241 @section General Mode Commands
12243 @noindent
12244 @kindex m m
12245 @pindex calc-save-modes
12246 @cindex Continuous memory
12247 @cindex Saving mode settings
12248 @cindex Permanent mode settings
12249 @cindex Calc init file, mode settings
12250 You can save all of the current mode settings in your Calc init file 
12251 (the file given by the variable @code{calc-settings-file}, typically
12252 @file{~/.calc.el}) with the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.
12253 This will cause Emacs to reestablish these modes each time it starts up.
12254 The modes saved in the file include everything controlled by the @kbd{m}
12255 and @kbd{d} prefix keys, the current precision and binary word size,
12256 whether or not the trail is displayed, the current height of the Calc
12257 window, and more.  The current interface (used when you type @kbd{M-#
12258 M-#}) is also saved.  If there were already saved mode settings in the
12259 file, they are replaced.  Otherwise, the new mode information is
12260 appended to the end of the file.
12262 @kindex m R
12263 @pindex calc-mode-record-mode
12264 The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command tells Calc to
12265 record the new mode settings (as if by pressing @kbd{m m}) every
12266 time a mode setting changes.  If Embedded mode is enabled, other
12267 options are available; @pxref{Mode Settings in Embedded Mode}.
12269 @kindex m F
12270 @pindex calc-settings-file-name
12271 The @kbd{m F} (@code{calc-settings-file-name}) command allows you to
12272 choose a different file than the current value of @code{calc-settings-file}
12273 for @kbd{m m}, @kbd{Z P}, and similar commands to save permanent information.
12274 You are prompted for a file name.  All Calc modes are then reset to
12275 their default values, then settings from the file you named are loaded
12276 if this file exists, and this file becomes the one that Calc will
12277 use in the future for commands like @kbd{m m}.  The default settings
12278 file name is @file{~/.calc.el}.  You can see the current file name by
12279 giving a blank response to the @kbd{m F} prompt.  See also the
12280 discussion of the @code{calc-settings-file} variable; @pxref{Installation}.
12282 If the file name you give is your user init file (typically
12283 @file{~/.emacs}), @kbd{m F} will not automatically load the new file.  This
12284 is because your user init file may contain other things you don't want
12285 to reread.  You can give 
12286 a numeric prefix argument of 1 to @kbd{m F} to force it to read the
12287 file no matter what.  Conversely, an argument of @mathit{-1} tells
12288 @kbd{m F} @emph{not} to read the new file.  An argument of 2 or @mathit{-2}
12289 tells @kbd{m F} not to reset the modes to their defaults beforehand,
12290 which is useful if you intend your new file to have a variant of the
12291 modes present in the file you were using before.
12293 @kindex m x
12294 @pindex calc-always-load-extensions
12295 The @kbd{m x} (@code{calc-always-load-extensions}) command enables a mode
12296 in which the first use of Calc loads the entire program, including all
12297 extensions modules.  Otherwise, the extensions modules will not be loaded
12298 until the various advanced Calc features are used.  Since this mode only
12299 has effect when Calc is first loaded, @kbd{m x} is usually followed by
12300 @kbd{m m} to make the mode-setting permanent.  To load all of Calc just
12301 once, rather than always in the future, you can press @kbd{M-# L}.
12303 @kindex m S
12304 @pindex calc-shift-prefix
12305 The @kbd{m S} (@code{calc-shift-prefix}) command enables a mode in which
12306 all of Calc's letter prefix keys may be typed shifted as well as unshifted.
12307 If you are typing, say, @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) quite often
12308 you might find it easier to turn this mode on so that you can type
12309 @kbd{A S} instead.  When this mode is enabled, the commands that used to
12310 be on those single shifted letters (e.g., @kbd{A} (@code{calc-abs})) can
12311 now be invoked by pressing the shifted letter twice: @kbd{A A}.  Note
12312 that the @kbd{v} prefix key always works both shifted and unshifted, and
12313 the @kbd{z} and @kbd{Z} prefix keys are always distinct.  Also, the @kbd{h}
12314 prefix is not affected by this mode.  Press @kbd{m S} again to disable
12315 shifted-prefix mode.
12317 @node Precision, Inverse and Hyperbolic, General Mode Commands, Mode Settings
12318 @section Precision
12320 @noindent
12321 @kindex p
12322 @pindex calc-precision
12323 @cindex Precision of calculations
12324 The @kbd{p} (@code{calc-precision}) command controls the precision to
12325 which floating-point calculations are carried.  The precision must be
12326 at least 3 digits and may be arbitrarily high, within the limits of
12327 memory and time.  This affects only floats:  Integer and rational
12328 calculations are always carried out with as many digits as necessary.
12330 The @kbd{p} key prompts for the current precision.  If you wish you
12331 can instead give the precision as a numeric prefix argument.
12333 Many internal calculations are carried to one or two digits higher
12334 precision than normal.  Results are rounded down afterward to the
12335 current precision.  Unless a special display mode has been selected,
12336 floats are always displayed with their full stored precision, i.e.,
12337 what you see is what you get.  Reducing the current precision does not
12338 round values already on the stack, but those values will be rounded
12339 down before being used in any calculation.  The @kbd{c 0} through
12340 @kbd{c 9} commands (@pxref{Conversions}) can be used to round an
12341 existing value to a new precision.
12343 @cindex Accuracy of calculations
12344 It is important to distinguish the concepts of @dfn{precision} and
12345 @dfn{accuracy}.  In the normal usage of these words, the number
12346 123.4567 has a precision of 7 digits but an accuracy of 4 digits.
12347 The precision is the total number of digits not counting leading
12348 or trailing zeros (regardless of the position of the decimal point).
12349 The accuracy is simply the number of digits after the decimal point
12350 (again not counting trailing zeros).  In Calc you control the precision,
12351 not the accuracy of computations.  If you were to set the accuracy
12352 instead, then calculations like @samp{exp(100)} would generate many
12353 more digits than you would typically need, while @samp{exp(-100)} would
12354 probably round to zero!  In Calc, both these computations give you
12355 exactly 12 (or the requested number of) significant digits.
12357 The only Calc features that deal with accuracy instead of precision
12358 are fixed-point display mode for floats (@kbd{d f}; @pxref{Float Formats}),
12359 and the rounding functions like @code{floor} and @code{round}
12360 (@pxref{Integer Truncation}).  Also, @kbd{c 0} through @kbd{c 9}
12361 deal with both precision and accuracy depending on the magnitudes
12362 of the numbers involved.
12364 If you need to work with a particular fixed accuracy (say, dollars and
12365 cents with two digits after the decimal point), one solution is to work
12366 with integers and an ``implied'' decimal point.  For example, $8.99
12367 divided by 6 would be entered @kbd{899 @key{RET} 6 /}, yielding 149.833
12368 (actually $1.49833 with our implied decimal point); pressing @kbd{R}
12369 would round this to 150 cents, i.e., $1.50.
12371 @xref{Floats}, for still more on floating-point precision and related
12372 issues.
12374 @node Inverse and Hyperbolic, Calculation Modes, Precision, Mode Settings
12375 @section Inverse and Hyperbolic Flags
12377 @noindent
12378 @kindex I
12379 @pindex calc-inverse
12380 There is no single-key equivalent to the @code{calc-arcsin} function.
12381 Instead, you must first press @kbd{I} (@code{calc-inverse}) to set
12382 the @dfn{Inverse Flag}, then press @kbd{S} (@code{calc-sin}).
12383 The @kbd{I} key actually toggles the Inverse Flag.  When this flag
12384 is set, the word @samp{Inv} appears in the mode line.
12386 @kindex H
12387 @pindex calc-hyperbolic
12388 Likewise, the @kbd{H} key (@code{calc-hyperbolic}) sets or clears the
12389 Hyperbolic Flag, which transforms @code{calc-sin} into @code{calc-sinh}.
12390 If both of these flags are set at once, the effect will be
12391 @code{calc-arcsinh}.  (The Hyperbolic flag is also used by some
12392 non-trigonometric commands; for example @kbd{H L} computes a base-10,
12393 instead of base-@mathit{e}, logarithm.)
12395 Command names like @code{calc-arcsin} are provided for completeness, and
12396 may be executed with @kbd{x} or @kbd{M-x}.  Their effect is simply to
12397 toggle the Inverse and/or Hyperbolic flags and then execute the
12398 corresponding base command (@code{calc-sin} in this case).
12400 The Inverse and Hyperbolic flags apply only to the next Calculator
12401 command, after which they are automatically cleared.  (They are also
12402 cleared if the next keystroke is not a Calc command.)  Digits you
12403 type after @kbd{I} or @kbd{H} (or @kbd{K}) are treated as prefix
12404 arguments for the next command, not as numeric entries.  The same
12405 is true of @kbd{C-u}, but not of the minus sign (@kbd{K -} means to
12406 subtract and keep arguments).
12408 The third Calc prefix flag, @kbd{K} (keep-arguments), is discussed
12409 elsewhere.  @xref{Keep Arguments}.
12411 @node Calculation Modes, Simplification Modes, Inverse and Hyperbolic, Mode Settings
12412 @section Calculation Modes
12414 @noindent
12415 The commands in this section are two-key sequences beginning with
12416 the @kbd{m} prefix.  (That's the letter @kbd{m}, not the @key{META} key.)
12417 The @samp{m a} (@code{calc-algebraic-mode}) command is described elsewhere
12418 (@pxref{Algebraic Entry}).
12420 @menu
12421 * Angular Modes::
12422 * Polar Mode::
12423 * Fraction Mode::
12424 * Infinite Mode::
12425 * Symbolic Mode::
12426 * Matrix Mode::
12427 * Automatic Recomputation::
12428 * Working Message::
12429 @end menu
12431 @node Angular Modes, Polar Mode, Calculation Modes, Calculation Modes
12432 @subsection Angular Modes
12434 @noindent
12435 @cindex Angular mode
12436 The Calculator supports three notations for angles: radians, degrees,
12437 and degrees-minutes-seconds.  When a number is presented to a function
12438 like @code{sin} that requires an angle, the current angular mode is
12439 used to interpret the number as either radians or degrees.  If an HMS
12440 form is presented to @code{sin}, it is always interpreted as
12441 degrees-minutes-seconds.
12443 Functions that compute angles produce a number in radians, a number in
12444 degrees, or an HMS form depending on the current angular mode.  If the
12445 result is a complex number and the current mode is HMS, the number is
12446 instead expressed in degrees.  (Complex-number calculations would
12447 normally be done in Radians mode, though.  Complex numbers are converted
12448 to degrees by calculating the complex result in radians and then
12449 multiplying by 180 over @cpi{}.)
12451 @kindex m r
12452 @pindex calc-radians-mode
12453 @kindex m d
12454 @pindex calc-degrees-mode
12455 @kindex m h
12456 @pindex calc-hms-mode
12457 The @kbd{m r} (@code{calc-radians-mode}), @kbd{m d} (@code{calc-degrees-mode}),
12458 and @kbd{m h} (@code{calc-hms-mode}) commands control the angular mode.
12459 The current angular mode is displayed on the Emacs mode line.
12460 The default angular mode is Degrees.
12462 @node Polar Mode, Fraction Mode, Angular Modes, Calculation Modes
12463 @subsection Polar Mode
12465 @noindent
12466 @cindex Polar mode
12467 The Calculator normally ``prefers'' rectangular complex numbers in the
12468 sense that rectangular form is used when the proper form can not be
12469 decided from the input.  This might happen by multiplying a rectangular
12470 number by a polar one, by taking the square root of a negative real
12471 number, or by entering @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )}.
12473 @kindex m p
12474 @pindex calc-polar-mode
12475 The @kbd{m p} (@code{calc-polar-mode}) command toggles complex-number
12476 preference between rectangular and polar forms.  In Polar mode, all
12477 of the above example situations would produce polar complex numbers.
12479 @node Fraction Mode, Infinite Mode, Polar Mode, Calculation Modes
12480 @subsection Fraction Mode
12482 @noindent
12483 @cindex Fraction mode
12484 @cindex Division of integers
12485 Division of two integers normally yields a floating-point number if the
12486 result cannot be expressed as an integer.  In some cases you would
12487 rather get an exact fractional answer.  One way to accomplish this is
12488 to multiply fractions instead:  @kbd{6 @key{RET} 1:4 *} produces @expr{3:2}
12489 even though @kbd{6 @key{RET} 4 /} produces @expr{1.5}.
12491 @kindex m f
12492 @pindex calc-frac-mode
12493 To set the Calculator to produce fractional results for normal integer
12494 divisions, use the @kbd{m f} (@code{calc-frac-mode}) command.
12495 For example, @expr{8/4} produces @expr{2} in either mode,
12496 but @expr{6/4} produces @expr{3:2} in Fraction mode, @expr{1.5} in
12497 Float mode.
12499 At any time you can use @kbd{c f} (@code{calc-float}) to convert a
12500 fraction to a float, or @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) to convert a
12501 float to a fraction.  @xref{Conversions}.
12503 @node Infinite Mode, Symbolic Mode, Fraction Mode, Calculation Modes
12504 @subsection Infinite Mode
12506 @noindent
12507 @cindex Infinite mode
12508 The Calculator normally treats results like @expr{1 / 0} as errors;
12509 formulas like this are left in unsimplified form.  But Calc can be
12510 put into a mode where such calculations instead produce ``infinite''
12511 results.
12513 @kindex m i
12514 @pindex calc-infinite-mode
12515 The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode}) command turns this mode
12516 on and off.  When the mode is off, infinities do not arise except
12517 in calculations that already had infinities as inputs.  (One exception
12518 is that infinite open intervals like @samp{[0 .. inf)} can be
12519 generated; however, intervals closed at infinity (@samp{[0 .. inf]})
12520 will not be generated when Infinite mode is off.)
12522 With Infinite mode turned on, @samp{1 / 0} will generate @code{uinf},
12523 an undirected infinity.  @xref{Infinities}, for a discussion of the
12524 difference between @code{inf} and @code{uinf}.  Also, @expr{0 / 0}
12525 evaluates to @code{nan}, the ``indeterminate'' symbol.  Various other
12526 functions can also return infinities in this mode; for example,
12527 @samp{ln(0) = -inf}, and @samp{gamma(-7) = uinf}.  Once again,
12528 note that @samp{exp(inf) = inf} regardless of Infinite mode because
12529 this calculation has infinity as an input.
12531 @cindex Positive Infinite mode
12532 The @kbd{m i} command with a numeric prefix argument of zero,
12533 i.e., @kbd{C-u 0 m i}, turns on a Positive Infinite mode in
12534 which zero is treated as positive instead of being directionless.
12535 Thus, @samp{1 / 0 = inf} and @samp{-1 / 0 = -inf} in this mode.
12536 Note that zero never actually has a sign in Calc; there are no
12537 separate representations for @mathit{+0} and @mathit{-0}.  Positive
12538 Infinite mode merely changes the interpretation given to the
12539 single symbol, @samp{0}.  One consequence of this is that, while
12540 you might expect @samp{1 / -0 = -inf}, actually @samp{1 / -0}
12541 is equivalent to @samp{1 / 0}, which is equal to positive @code{inf}.
12543 @node Symbolic Mode, Matrix Mode, Infinite Mode, Calculation Modes
12544 @subsection Symbolic Mode
12546 @noindent
12547 @cindex Symbolic mode
12548 @cindex Inexact results
12549 Calculations are normally performed numerically wherever possible.
12550 For example, the @code{calc-sqrt} command, or @code{sqrt} function in an
12551 algebraic expression, produces a numeric answer if the argument is a
12552 number or a symbolic expression if the argument is an expression:
12553 @kbd{2 Q} pushes 1.4142 but @kbd{@key{'} x+1 @key{RET} Q} pushes @samp{sqrt(x+1)}.
12555 @kindex m s
12556 @pindex calc-symbolic-mode
12557 In @dfn{Symbolic mode}, controlled by the @kbd{m s} (@code{calc-symbolic-mode})
12558 command, functions which would produce inexact, irrational results are
12559 left in symbolic form.  Thus @kbd{16 Q} pushes 4, but @kbd{2 Q} pushes
12560 @samp{sqrt(2)}.
12562 @kindex N
12563 @pindex calc-eval-num
12564 The shift-@kbd{N} (@code{calc-eval-num}) command evaluates numerically
12565 the expression at the top of the stack, by temporarily disabling
12566 @code{calc-symbolic-mode} and executing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
12567 Given a numeric prefix argument, it also
12568 sets the floating-point precision to the specified value for the duration
12569 of the command.
12571 To evaluate a formula numerically without expanding the variables it
12572 contains, you can use the key sequence @kbd{m s a v m s} (this uses
12573 @code{calc-alg-evaluate}, which resimplifies but doesn't evaluate
12574 variables.)
12576 @node Matrix Mode, Automatic Recomputation, Symbolic Mode, Calculation Modes
12577 @subsection Matrix and Scalar Modes
12579 @noindent
12580 @cindex Matrix mode
12581 @cindex Scalar mode
12582 Calc sometimes makes assumptions during algebraic manipulation that
12583 are awkward or incorrect when vectors and matrices are involved.
12584 Calc has two modes, @dfn{Matrix mode} and @dfn{Scalar mode}, which
12585 modify its behavior around vectors in useful ways.
12587 @kindex m v
12588 @pindex calc-matrix-mode
12589 Press @kbd{m v} (@code{calc-matrix-mode}) once to enter Matrix mode.
12590 In this mode, all objects are assumed to be matrices unless provably
12591 otherwise.  One major effect is that Calc will no longer consider
12592 multiplication to be commutative.  (Recall that in matrix arithmetic,
12593 @samp{A*B} is not the same as @samp{B*A}.)  This assumption affects
12594 rewrite rules and algebraic simplification.  Another effect of this
12595 mode is that calculations that would normally produce constants like
12596 0 and 1 (e.g., @expr{a - a} and @expr{a / a}, respectively) will now
12597 produce function calls that represent ``generic'' zero or identity
12598 matrices: @samp{idn(0)}, @samp{idn(1)}.  The @code{idn} function
12599 @samp{idn(@var{a},@var{n})} returns @var{a} times an @var{n}x@var{n}
12600 identity matrix; if @var{n} is omitted, it doesn't know what
12601 dimension to use and so the @code{idn} call remains in symbolic
12602 form.  However, if this generic identity matrix is later combined
12603 with a matrix whose size is known, it will be converted into
12604 a true identity matrix of the appropriate size.  On the other hand,
12605 if it is combined with a scalar (as in @samp{idn(1) + 2}), Calc
12606 will assume it really was a scalar after all and produce, e.g., 3.
12608 Press @kbd{m v} a second time to get Scalar mode.  Here, objects are
12609 assumed @emph{not} to be vectors or matrices unless provably so.
12610 For example, normally adding a variable to a vector, as in
12611 @samp{[x, y, z] + a}, will leave the sum in symbolic form because
12612 as far as Calc knows, @samp{a} could represent either a number or
12613 another 3-vector.  In Scalar mode, @samp{a} is assumed to be a
12614 non-vector, and the addition is evaluated to @samp{[x+a, y+a, z+a]}.
12616 Press @kbd{m v} a third time to return to the normal mode of operation.
12618 If you press @kbd{m v} with a numeric prefix argument @var{n}, you
12619 get a special ``dimensioned'' Matrix mode in which matrices of
12620 unknown size are assumed to be @var{n}x@var{n} square matrices.
12621 Then, the function call @samp{idn(1)} will expand into an actual
12622 matrix rather than representing a ``generic'' matrix.
12624 @cindex Declaring scalar variables
12625 Of course these modes are approximations to the true state of
12626 affairs, which is probably that some quantities will be matrices
12627 and others will be scalars.  One solution is to ``declare''
12628 certain variables or functions to be scalar-valued.
12629 @xref{Declarations}, to see how to make declarations in Calc.
12631 There is nothing stopping you from declaring a variable to be
12632 scalar and then storing a matrix in it; however, if you do, the
12633 results you get from Calc may not be valid.  Suppose you let Calc
12634 get the result @samp{[x+a, y+a, z+a]} shown above, and then stored
12635 @samp{[1, 2, 3]} in @samp{a}.  The result would not be the same as
12636 for @samp{[x, y, z] + [1, 2, 3]}, but that's because you have broken
12637 your earlier promise to Calc that @samp{a} would be scalar.
12639 Another way to mix scalars and matrices is to use selections
12640 (@pxref{Selecting Subformulas}).  Use Matrix mode when operating on
12641 your formula normally; then, to apply Scalar mode to a certain part
12642 of the formula without affecting the rest just select that part,
12643 change into Scalar mode and press @kbd{=} to resimplify the part
12644 under this mode, then change back to Matrix mode before deselecting.
12646 @node Automatic Recomputation, Working Message, Matrix Mode, Calculation Modes
12647 @subsection Automatic Recomputation
12649 @noindent
12650 The @dfn{evaluates-to} operator, @samp{=>}, has the special
12651 property that any @samp{=>} formulas on the stack are recomputed
12652 whenever variable values or mode settings that might affect them
12653 are changed.  @xref{Evaluates-To Operator}.
12655 @kindex m C
12656 @pindex calc-auto-recompute
12657 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns this
12658 automatic recomputation on and off.  If you turn it off, Calc will
12659 not update @samp{=>} operators on the stack (nor those in the
12660 attached Embedded mode buffer, if there is one).  They will not
12661 be updated unless you explicitly do so by pressing @kbd{=} or until
12662 you press @kbd{m C} to turn recomputation back on.  (While automatic
12663 recomputation is off, you can think of @kbd{m C m C} as a command
12664 to update all @samp{=>} operators while leaving recomputation off.)
12666 To update @samp{=>} operators in an Embedded buffer while
12667 automatic recomputation is off, use @w{@kbd{M-# u}}.
12668 @xref{Embedded Mode}.
12670 @node Working Message, , Automatic Recomputation, Calculation Modes
12671 @subsection Working Messages
12673 @noindent
12674 @cindex Performance
12675 @cindex Working messages
12676 Since the Calculator is written entirely in Emacs Lisp, which is not
12677 designed for heavy numerical work, many operations are quite slow.
12678 The Calculator normally displays the message @samp{Working...} in the
12679 echo area during any command that may be slow.  In addition, iterative
12680 operations such as square roots and trigonometric functions display the
12681 intermediate result at each step.  Both of these types of messages can
12682 be disabled if you find them distracting.
12684 @kindex m w
12685 @pindex calc-working
12686 Type @kbd{m w} (@code{calc-working}) with a numeric prefix of 0 to
12687 disable all ``working'' messages.  Use a numeric prefix of 1 to enable
12688 only the plain @samp{Working...} message.  Use a numeric prefix of 2 to
12689 see intermediate results as well.  With no numeric prefix this displays
12690 the current mode.
12692 While it may seem that the ``working'' messages will slow Calc down
12693 considerably, experiments have shown that their impact is actually
12694 quite small.  But if your terminal is slow you may find that it helps
12695 to turn the messages off.
12697 @node Simplification Modes, Declarations, Calculation Modes, Mode Settings
12698 @section Simplification Modes
12700 @noindent
12701 The current @dfn{simplification mode} controls how numbers and formulas
12702 are ``normalized'' when being taken from or pushed onto the stack.
12703 Some normalizations are unavoidable, such as rounding floating-point
12704 results to the current precision, and reducing fractions to simplest
12705 form.  Others, such as simplifying a formula like @expr{a+a} (or @expr{2+3}),
12706 are done by default but can be turned off when necessary.
12708 When you press a key like @kbd{+} when @expr{2} and @expr{3} are on the
12709 stack, Calc pops these numbers, normalizes them, creates the formula
12710 @expr{2+3}, normalizes it, and pushes the result.  Of course the standard
12711 rules for normalizing @expr{2+3} will produce the result @expr{5}.
12713 Simplification mode commands consist of the lower-case @kbd{m} prefix key
12714 followed by a shifted letter.
12716 @kindex m O
12717 @pindex calc-no-simplify-mode
12718 The @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) command turns off all optional
12719 simplifications.  These would leave a formula like @expr{2+3} alone.  In
12720 fact, nothing except simple numbers are ever affected by normalization
12721 in this mode.
12723 @kindex m N
12724 @pindex calc-num-simplify-mode
12725 The @kbd{m N} (@code{calc-num-simplify-mode}) command turns off simplification
12726 of any formulas except those for which all arguments are constants.  For
12727 example, @expr{1+2} is simplified to @expr{3}, and @expr{a+(2-2)} is
12728 simplified to @expr{a+0} but no further, since one argument of the sum
12729 is not a constant.  Unfortunately, @expr{(a+2)-2} is @emph{not} simplified
12730 because the top-level @samp{-} operator's arguments are not both
12731 constant numbers (one of them is the formula @expr{a+2}).
12732 A constant is a number or other numeric object (such as a constant
12733 error form or modulo form), or a vector all of whose
12734 elements are constant.
12736 @kindex m D
12737 @pindex calc-default-simplify-mode
12738 The @kbd{m D} (@code{calc-default-simplify-mode}) command restores the
12739 default simplifications for all formulas.  This includes many easy and
12740 fast algebraic simplifications such as @expr{a+0} to @expr{a}, and
12741 @expr{a + 2 a} to @expr{3 a}, as well as evaluating functions like
12742 @expr{@tfn{deriv}(x^2, x)} to @expr{2 x}.
12744 @kindex m B
12745 @pindex calc-bin-simplify-mode
12746 The @kbd{m B} (@code{calc-bin-simplify-mode}) mode applies the default
12747 simplifications to a result and then, if the result is an integer,
12748 uses the @kbd{b c} (@code{calc-clip}) command to clip the integer according
12749 to the current binary word size.  @xref{Binary Functions}.  Real numbers
12750 are rounded to the nearest integer and then clipped; other kinds of
12751 results (after the default simplifications) are left alone.
12753 @kindex m A
12754 @pindex calc-alg-simplify-mode
12755 The @kbd{m A} (@code{calc-alg-simplify-mode}) mode does algebraic
12756 simplification; it applies all the default simplifications, and also
12757 the more powerful (and slower) simplifications made by @kbd{a s}
12758 (@code{calc-simplify}).  @xref{Algebraic Simplifications}.
12760 @kindex m E
12761 @pindex calc-ext-simplify-mode
12762 The @kbd{m E} (@code{calc-ext-simplify-mode}) mode does ``extended''
12763 algebraic simplification, as by the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended})
12764 command.  @xref{Unsafe Simplifications}.
12766 @kindex m U
12767 @pindex calc-units-simplify-mode
12768 The @kbd{m U} (@code{calc-units-simplify-mode}) mode does units
12769 simplification; it applies the command @kbd{u s}
12770 (@code{calc-simplify-units}), which in turn
12771 is a superset of @kbd{a s}.  In this mode, variable names which
12772 are identifiable as unit names (like @samp{mm} for ``millimeters'')
12773 are simplified with their unit definitions in mind.
12775 A common technique is to set the simplification mode down to the lowest
12776 amount of simplification you will allow to be applied automatically, then
12777 use manual commands like @kbd{a s} and @kbd{c c} (@code{calc-clean}) to
12778 perform higher types of simplifications on demand.  @xref{Algebraic
12779 Definitions}, for another sample use of No-Simplification mode.
12781 @node Declarations, Display Modes, Simplification Modes, Mode Settings
12782 @section Declarations
12784 @noindent
12785 A @dfn{declaration} is a statement you make that promises you will
12786 use a certain variable or function in a restricted way.  This may
12787 give Calc the freedom to do things that it couldn't do if it had to
12788 take the fully general situation into account.
12790 @menu
12791 * Declaration Basics::
12792 * Kinds of Declarations::
12793 * Functions for Declarations::
12794 @end menu
12796 @node Declaration Basics, Kinds of Declarations, Declarations, Declarations
12797 @subsection Declaration Basics
12799 @noindent
12800 @kindex s d
12801 @pindex calc-declare-variable
12802 The @kbd{s d} (@code{calc-declare-variable}) command is the easiest
12803 way to make a declaration for a variable.  This command prompts for
12804 the variable name, then prompts for the declaration.  The default
12805 at the declaration prompt is the previous declaration, if any.
12806 You can edit this declaration, or press @kbd{C-k} to erase it and
12807 type a new declaration.  (Or, erase it and press @key{RET} to clear
12808 the declaration, effectively ``undeclaring'' the variable.)
12810 A declaration is in general a vector of @dfn{type symbols} and
12811 @dfn{range} values.  If there is only one type symbol or range value,
12812 you can write it directly rather than enclosing it in a vector.
12813 For example, @kbd{s d foo @key{RET} real @key{RET}} declares @code{foo} to
12814 be a real number, and @kbd{s d bar @key{RET} [int, const, [1..6]] @key{RET}}
12815 declares @code{bar} to be a constant integer between 1 and 6.
12816 (Actually, you can omit the outermost brackets and Calc will
12817 provide them for you: @kbd{s d bar @key{RET} int, const, [1..6] @key{RET}}.)
12819 @cindex @code{Decls} variable
12820 @vindex Decls
12821 Declarations in Calc are kept in a special variable called @code{Decls}.
12822 This variable encodes the set of all outstanding declarations in
12823 the form of a matrix.  Each row has two elements:  A variable or
12824 vector of variables declared by that row, and the declaration
12825 specifier as described above.  You can use the @kbd{s D} command to
12826 edit this variable if you wish to see all the declarations at once.
12827 @xref{Operations on Variables}, for a description of this command
12828 and the @kbd{s p} command that allows you to save your declarations
12829 permanently if you wish.
12831 Items being declared can also be function calls.  The arguments in
12832 the call are ignored; the effect is to say that this function returns
12833 values of the declared type for any valid arguments.  The @kbd{s d}
12834 command declares only variables, so if you wish to make a function
12835 declaration you will have to edit the @code{Decls} matrix yourself.
12837 For example, the declaration matrix
12839 @smallexample
12840 @group
12841 [ [ foo,       real       ]
12842   [ [j, k, n], int        ]
12843   [ f(1,2,3),  [0 .. inf) ] ]
12844 @end group
12845 @end smallexample
12847 @noindent
12848 declares that @code{foo} represents a real number, @code{j}, @code{k}
12849 and @code{n} represent integers, and the function @code{f} always
12850 returns a real number in the interval shown.
12852 @vindex All
12853 If there is a declaration for the variable @code{All}, then that
12854 declaration applies to all variables that are not otherwise declared.
12855 It does not apply to function names.  For example, using the row
12856 @samp{[All, real]} says that all your variables are real unless they
12857 are explicitly declared without @code{real} in some other row.
12858 The @kbd{s d} command declares @code{All} if you give a blank
12859 response to the variable-name prompt.
12861 @node Kinds of Declarations, Functions for Declarations, Declaration Basics, Declarations
12862 @subsection Kinds of Declarations
12864 @noindent
12865 The type-specifier part of a declaration (that is, the second prompt
12866 in the @kbd{s d} command) can be a type symbol, an interval, or a
12867 vector consisting of zero or more type symbols followed by zero or
12868 more intervals or numbers that represent the set of possible values
12869 for the variable.
12871 @smallexample
12872 @group
12873 [ [ a, [1, 2, 3, 4, 5] ]
12874   [ b, [1 .. 5]        ]
12875   [ c, [int, 1 .. 5]   ] ]
12876 @end group
12877 @end smallexample
12879 Here @code{a} is declared to contain one of the five integers shown;
12880 @code{b} is any number in the interval from 1 to 5 (any real number
12881 since we haven't specified), and @code{c} is any integer in that
12882 interval.  Thus the declarations for @code{a} and @code{c} are
12883 nearly equivalent (see below).
12885 The type-specifier can be the empty vector @samp{[]} to say that
12886 nothing is known about a given variable's value.  This is the same
12887 as not declaring the variable at all except that it overrides any
12888 @code{All} declaration which would otherwise apply.
12890 The initial value of @code{Decls} is the empty vector @samp{[]}.
12891 If @code{Decls} has no stored value or if the value stored in it
12892 is not valid, it is ignored and there are no declarations as far
12893 as Calc is concerned.  (The @kbd{s d} command will replace such a
12894 malformed value with a fresh empty matrix, @samp{[]}, before recording
12895 the new declaration.)  Unrecognized type symbols are ignored.
12897 The following type symbols describe what sorts of numbers will be
12898 stored in a variable:
12900 @table @code
12901 @item int
12902 Integers.
12903 @item numint
12904 Numerical integers.  (Integers or integer-valued floats.)
12905 @item frac
12906 Fractions.  (Rational numbers which are not integers.)
12907 @item rat
12908 Rational numbers.  (Either integers or fractions.)
12909 @item float
12910 Floating-point numbers.
12911 @item real
12912 Real numbers.  (Integers, fractions, or floats.  Actually,
12913 intervals and error forms with real components also count as
12914 reals here.)
12915 @item pos
12916 Positive real numbers.  (Strictly greater than zero.)
12917 @item nonneg
12918 Nonnegative real numbers.  (Greater than or equal to zero.)
12919 @item number
12920 Numbers.  (Real or complex.)
12921 @end table
12923 Calc uses this information to determine when certain simplifications
12924 of formulas are safe.  For example, @samp{(x^y)^z} cannot be
12925 simplified to @samp{x^(y z)} in general; for example,
12926 @samp{((-3)^2)^1:2} is 3, but @samp{(-3)^(2*1:2) = (-3)^1} is @mathit{-3}.
12927 However, this simplification @emph{is} safe if @code{z} is known
12928 to be an integer, or if @code{x} is known to be a nonnegative
12929 real number.  If you have given declarations that allow Calc to
12930 deduce either of these facts, Calc will perform this simplification
12931 of the formula.
12933 Calc can apply a certain amount of logic when using declarations.
12934 For example, @samp{(x^y)^(2n+1)} will be simplified if @code{n}
12935 has been declared @code{int}; Calc knows that an integer times an
12936 integer, plus an integer, must always be an integer.  (In fact,
12937 Calc would simplify @samp{(-x)^(2n+1)} to @samp{-(x^(2n+1))} since
12938 it is able to determine that @samp{2n+1} must be an odd integer.)
12940 Similarly, @samp{(abs(x)^y)^z} will be simplified to @samp{abs(x)^(y z)}
12941 because Calc knows that the @code{abs} function always returns a
12942 nonnegative real.  If you had a @code{myabs} function that also had
12943 this property, you could get Calc to recognize it by adding the row
12944 @samp{[myabs(), nonneg]} to the @code{Decls} matrix.
12946 One instance of this simplification is @samp{sqrt(x^2)} (since the
12947 @code{sqrt} function is effectively a one-half power).  Normally
12948 Calc leaves this formula alone.  After the command
12949 @kbd{s d x @key{RET} real @key{RET}}, however, it can simplify the formula to
12950 @samp{abs(x)}.  And after @kbd{s d x @key{RET} nonneg @key{RET}}, Calc can
12951 simplify this formula all the way to @samp{x}.
12953 If there are any intervals or real numbers in the type specifier,
12954 they comprise the set of possible values that the variable or
12955 function being declared can have.  In particular, the type symbol
12956 @code{real} is effectively the same as the range @samp{[-inf .. inf]}
12957 (note that infinity is included in the range of possible values);
12958 @code{pos} is the same as @samp{(0 .. inf]}, and @code{nonneg} is
12959 the same as @samp{[0 .. inf]}.  Saying @samp{[real, [-5 .. 5]]} is
12960 redundant because the fact that the variable is real can be
12961 deduced just from the interval, but @samp{[int, [-5 .. 5]]} and
12962 @samp{[rat, [-5 .. 5]]} are useful combinations.
12964 Note that the vector of intervals or numbers is in the same format
12965 used by Calc's set-manipulation commands.  @xref{Set Operations}.
12967 The type specifier @samp{[1, 2, 3]} is equivalent to
12968 @samp{[numint, 1, 2, 3]}, @emph{not} to @samp{[int, 1, 2, 3]}.
12969 In other words, the range of possible values means only that
12970 the variable's value must be numerically equal to a number in
12971 that range, but not that it must be equal in type as well.
12972 Calc's set operations act the same way; @samp{in(2, [1., 2., 3.])}
12973 and @samp{in(1.5, [1:2, 3:2, 5:2])} both report ``true.''
12975 If you use a conflicting combination of type specifiers, the
12976 results are unpredictable.  An example is @samp{[pos, [0 .. 5]]},
12977 where the interval does not lie in the range described by the
12978 type symbol.
12980 ``Real'' declarations mostly affect simplifications involving powers
12981 like the one described above.  Another case where they are used
12982 is in the @kbd{a P} command which returns a list of all roots of a
12983 polynomial; if the variable has been declared real, only the real
12984 roots (if any) will be included in the list.
12986 ``Integer'' declarations are used for simplifications which are valid
12987 only when certain values are integers (such as @samp{(x^y)^z}
12988 shown above).
12990 Another command that makes use of declarations is @kbd{a s}, when
12991 simplifying equations and inequalities.  It will cancel @code{x}
12992 from both sides of @samp{a x = b x} only if it is sure @code{x}
12993 is non-zero, say, because it has a @code{pos} declaration.
12994 To declare specifically that @code{x} is real and non-zero,
12995 use @samp{[[-inf .. 0), (0 .. inf]]}.  (There is no way in the
12996 current notation to say that @code{x} is nonzero but not necessarily
12997 real.)  The @kbd{a e} command does ``unsafe'' simplifications,
12998 including cancelling @samp{x} from the equation when @samp{x} is
12999 not known to be nonzero.
13001 Another set of type symbols distinguish between scalars and vectors.
13003 @table @code
13004 @item scalar
13005 The value is not a vector.
13006 @item vector
13007 The value is a vector.
13008 @item matrix
13009 The value is a matrix (a rectangular vector of vectors).
13010 @end table
13012 These type symbols can be combined with the other type symbols
13013 described above; @samp{[int, matrix]} describes an object which
13014 is a matrix of integers.
13016 Scalar/vector declarations are used to determine whether certain
13017 algebraic operations are safe.  For example, @samp{[a, b, c] + x}
13018 is normally not simplified to @samp{[a + x, b + x, c + x]}, but
13019 it will be if @code{x} has been declared @code{scalar}.  On the
13020 other hand, multiplication is usually assumed to be commutative,
13021 but the terms in @samp{x y} will never be exchanged if both @code{x}
13022 and @code{y} are known to be vectors or matrices.  (Calc currently
13023 never distinguishes between @code{vector} and @code{matrix}
13024 declarations.)
13026 @xref{Matrix Mode}, for a discussion of Matrix mode and
13027 Scalar mode, which are similar to declaring @samp{[All, matrix]}
13028 or @samp{[All, scalar]} but much more convenient.
13030 One more type symbol that is recognized is used with the @kbd{H a d}
13031 command for taking total derivatives of a formula.  @xref{Calculus}.
13033 @table @code
13034 @item const
13035 The value is a constant with respect to other variables.
13036 @end table
13038 Calc does not check the declarations for a variable when you store
13039 a value in it.  However, storing @mathit{-3.5} in a variable that has
13040 been declared @code{pos}, @code{int}, or @code{matrix} may have
13041 unexpected effects; Calc may evaluate @samp{sqrt(x^2)} to @expr{3.5}
13042 if it substitutes the value first, or to @expr{-3.5} if @code{x}
13043 was declared @code{pos} and the formula @samp{sqrt(x^2)} is
13044 simplified to @samp{x} before the value is substituted.  Before
13045 using a variable for a new purpose, it is best to use @kbd{s d}
13046 or @kbd{s D} to check to make sure you don't still have an old
13047 declaration for the variable that will conflict with its new meaning.
13049 @node Functions for Declarations, , Kinds of Declarations, Declarations
13050 @subsection Functions for Declarations
13052 @noindent
13053 Calc has a set of functions for accessing the current declarations
13054 in a convenient manner.  These functions return 1 if the argument
13055 can be shown to have the specified property, or 0 if the argument
13056 can be shown @emph{not} to have that property; otherwise they are
13057 left unevaluated.  These functions are suitable for use with rewrite
13058 rules (@pxref{Conditional Rewrite Rules}) or programming constructs
13059 (@pxref{Conditionals in Macros}).  They can be entered only using
13060 algebraic notation.  @xref{Logical Operations}, for functions
13061 that perform other tests not related to declarations.
13063 For example, @samp{dint(17)} returns 1 because 17 is an integer, as
13064 do @samp{dint(n)} and @samp{dint(2 n - 3)} if @code{n} has been declared
13065 @code{int}, but @samp{dint(2.5)} and @samp{dint(n + 0.5)} return 0.
13066 Calc consults knowledge of its own built-in functions as well as your
13067 own declarations: @samp{dint(floor(x))} returns 1.
13069 @ignore
13070 @starindex
13071 @end ignore
13072 @tindex dint
13073 @ignore
13074 @starindex
13075 @end ignore
13076 @tindex dnumint
13077 @ignore
13078 @starindex
13079 @end ignore
13080 @tindex dnatnum
13081 The @code{dint} function checks if its argument is an integer.
13082 The @code{dnatnum} function checks if its argument is a natural
13083 number, i.e., a nonnegative integer.  The @code{dnumint} function
13084 checks if its argument is numerically an integer, i.e., either an
13085 integer or an integer-valued float.  Note that these and the other
13086 data type functions also accept vectors or matrices composed of
13087 suitable elements, and that real infinities @samp{inf} and @samp{-inf}
13088 are considered to be integers for the purposes of these functions.
13090 @ignore
13091 @starindex
13092 @end ignore
13093 @tindex drat
13094 The @code{drat} function checks if its argument is rational, i.e.,
13095 an integer or fraction.  Infinities count as rational, but intervals
13096 and error forms do not.
13098 @ignore
13099 @starindex
13100 @end ignore
13101 @tindex dreal
13102 The @code{dreal} function checks if its argument is real.  This
13103 includes integers, fractions, floats, real error forms, and intervals.
13105 @ignore
13106 @starindex
13107 @end ignore
13108 @tindex dimag
13109 The @code{dimag} function checks if its argument is imaginary,
13110 i.e., is mathematically equal to a real number times @expr{i}.
13112 @ignore
13113 @starindex
13114 @end ignore
13115 @tindex dpos
13116 @ignore
13117 @starindex
13118 @end ignore
13119 @tindex dneg
13120 @ignore
13121 @starindex
13122 @end ignore
13123 @tindex dnonneg
13124 The @code{dpos} function checks for positive (but nonzero) reals.
13125 The @code{dneg} function checks for negative reals.  The @code{dnonneg}
13126 function checks for nonnegative reals, i.e., reals greater than or
13127 equal to zero.  Note that the @kbd{a s} command can simplify an
13128 expression like @expr{x > 0} to 1 or 0 using @code{dpos}, and that
13129 @kbd{a s} is effectively applied to all conditions in rewrite rules,
13130 so the actual functions @code{dpos}, @code{dneg}, and @code{dnonneg}
13131 are rarely necessary.
13133 @ignore
13134 @starindex
13135 @end ignore
13136 @tindex dnonzero
13137 The @code{dnonzero} function checks that its argument is nonzero.
13138 This includes all nonzero real or complex numbers, all intervals that
13139 do not include zero, all nonzero modulo forms, vectors all of whose
13140 elements are nonzero, and variables or formulas whose values can be
13141 deduced to be nonzero.  It does not include error forms, since they
13142 represent values which could be anything including zero.  (This is
13143 also the set of objects considered ``true'' in conditional contexts.)
13145 @ignore
13146 @starindex
13147 @end ignore
13148 @tindex deven
13149 @ignore
13150 @starindex
13151 @end ignore
13152 @tindex dodd
13153 The @code{deven} function returns 1 if its argument is known to be
13154 an even integer (or integer-valued float); it returns 0 if its argument
13155 is known not to be even (because it is known to be odd or a non-integer).
13156 The @kbd{a s} command uses this to simplify a test of the form
13157 @samp{x % 2 = 0}.  There is also an analogous @code{dodd} function.
13159 @ignore
13160 @starindex
13161 @end ignore
13162 @tindex drange
13163 The @code{drange} function returns a set (an interval or a vector
13164 of intervals and/or numbers; @pxref{Set Operations}) that describes
13165 the set of possible values of its argument.  If the argument is
13166 a variable or a function with a declaration, the range is copied
13167 from the declaration.  Otherwise, the possible signs of the
13168 expression are determined using a method similar to @code{dpos},
13169 etc., and a suitable set like @samp{[0 .. inf]} is returned.  If
13170 the expression is not provably real, the @code{drange} function
13171 remains unevaluated.
13173 @ignore
13174 @starindex
13175 @end ignore
13176 @tindex dscalar
13177 The @code{dscalar} function returns 1 if its argument is provably
13178 scalar, or 0 if its argument is provably non-scalar.  It is left
13179 unevaluated if this cannot be determined.  (If Matrix mode or Scalar
13180 mode is in effect, this function returns 1 or 0, respectively,
13181 if it has no other information.)  When Calc interprets a condition
13182 (say, in a rewrite rule) it considers an unevaluated formula to be
13183 ``false.''  Thus, @samp{dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a} is
13184 provably scalar, and @samp{!dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a}
13185 is provably non-scalar; both are ``false'' if there is insufficient
13186 information to tell.
13188 @node Display Modes, Language Modes, Declarations, Mode Settings
13189 @section Display Modes
13191 @noindent
13192 The commands in this section are two-key sequences beginning with the
13193 @kbd{d} prefix.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) and @kbd{d b}
13194 (@code{calc-line-breaking}) commands are described elsewhere;
13195 @pxref{Stack Basics} and @pxref{Normal Language Modes}, respectively.
13196 Display formats for vectors and matrices are also covered elsewhere;
13197 @pxref{Vector and Matrix Formats}.
13199 One thing all display modes have in common is their treatment of the
13200 @kbd{H} prefix.  This prefix causes any mode command that would normally
13201 refresh the stack to leave the stack display alone.  The word ``Dirty''
13202 will appear in the mode line when Calc thinks the stack display may not
13203 reflect the latest mode settings.
13205 @kindex d @key{RET}
13206 @pindex calc-refresh-top
13207 The @kbd{d @key{RET}} (@code{calc-refresh-top}) command reformats the
13208 top stack entry according to all the current modes.  Positive prefix
13209 arguments reformat the top @var{n} entries; negative prefix arguments
13210 reformat the specified entry, and a prefix of zero is equivalent to
13211 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}), which reformats the entire stack.
13212 For example, @kbd{H d s M-2 d @key{RET}} changes to scientific notation
13213 but reformats only the top two stack entries in the new mode.
13215 The @kbd{I} prefix has another effect on the display modes.  The mode
13216 is set only temporarily; the top stack entry is reformatted according
13217 to that mode, then the original mode setting is restored.  In other
13218 words, @kbd{I d s} is equivalent to @kbd{H d s d @key{RET} H d (@var{old mode})}.
13220 @menu
13221 * Radix Modes::
13222 * Grouping Digits::
13223 * Float Formats::
13224 * Complex Formats::
13225 * Fraction Formats::
13226 * HMS Formats::
13227 * Date Formats::
13228 * Truncating the Stack::
13229 * Justification::
13230 * Labels::
13231 @end menu
13233 @node Radix Modes, Grouping Digits, Display Modes, Display Modes
13234 @subsection Radix Modes
13236 @noindent
13237 @cindex Radix display
13238 @cindex Non-decimal numbers
13239 @cindex Decimal and non-decimal numbers
13240 Calc normally displays numbers in decimal (@dfn{base-10} or @dfn{radix-10})
13241 notation.  Calc can actually display in any radix from two (binary) to 36.
13242 When the radix is above 10, the letters @code{A} to @code{Z} are used as
13243 digits.  When entering such a number, letter keys are interpreted as
13244 potential digits rather than terminating numeric entry mode.
13246 @kindex d 2
13247 @kindex d 8
13248 @kindex d 6
13249 @kindex d 0
13250 @cindex Hexadecimal integers
13251 @cindex Octal integers
13252 The key sequences @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, @kbd{d 6}, and @kbd{d 0} select
13253 binary, octal, hexadecimal, and decimal as the current display radix,
13254 respectively.  Numbers can always be entered in any radix, though the
13255 current radix is used as a default if you press @kbd{#} without any initial
13256 digits.  A number entered without a @kbd{#} is @emph{always} interpreted
13257 as decimal.
13259 @kindex d r
13260 @pindex calc-radix
13261 To set the radix generally, use @kbd{d r} (@code{calc-radix}) and enter
13262 an integer from 2 to 36.  You can specify the radix as a numeric prefix
13263 argument; otherwise you will be prompted for it.
13265 @kindex d z
13266 @pindex calc-leading-zeros
13267 @cindex Leading zeros
13268 Integers normally are displayed with however many digits are necessary to
13269 represent the integer and no more.  The @kbd{d z} (@code{calc-leading-zeros})
13270 command causes integers to be padded out with leading zeros according to the
13271 current binary word size.  (@xref{Binary Functions}, for a discussion of
13272 word size.)  If the absolute value of the word size is @expr{w}, all integers
13273 are displayed with at least enough digits to represent 
13274 @texline @math{2^w-1}
13275 @infoline @expr{(2^w)-1} 
13276 in the current radix.  (Larger integers will still be displayed in their
13277 entirety.) 
13279 @node Grouping Digits, Float Formats, Radix Modes, Display Modes
13280 @subsection Grouping Digits
13282 @noindent
13283 @kindex d g
13284 @pindex calc-group-digits
13285 @cindex Grouping digits
13286 @cindex Digit grouping
13287 Long numbers can be hard to read if they have too many digits.  For
13288 example, the factorial of 30 is 33 digits long!  Press @kbd{d g}
13289 (@code{calc-group-digits}) to enable @dfn{Grouping} mode, in which digits
13290 are displayed in clumps of 3 or 4 (depending on the current radix)
13291 separated by commas.
13293 The @kbd{d g} command toggles grouping on and off.
13294 With a numerix prefix of 0, this command displays the current state of
13295 the grouping flag; with an argument of minus one it disables grouping;
13296 with a positive argument @expr{N} it enables grouping on every @expr{N}
13297 digits.  For floating-point numbers, grouping normally occurs only
13298 before the decimal point.  A negative prefix argument @expr{-N} enables
13299 grouping every @expr{N} digits both before and after the decimal point.
13301 @kindex d ,
13302 @pindex calc-group-char
13303 The @kbd{d ,} (@code{calc-group-char}) command allows you to choose any
13304 character as the grouping separator.  The default is the comma character.
13305 If you find it difficult to read vectors of large integers grouped with
13306 commas, you may wish to use spaces or some other character instead.
13307 This command takes the next character you type, whatever it is, and
13308 uses it as the digit separator.  As a special case, @kbd{d , \} selects
13309 @samp{\,} (@TeX{}'s thin-space symbol) as the digit separator.
13311 Please note that grouped numbers will not generally be parsed correctly
13312 if re-read in textual form, say by the use of @kbd{M-# y} and @kbd{M-# g}.
13313 (@xref{Kill and Yank}, for details on these commands.)  One exception is
13314 the @samp{\,} separator, which doesn't interfere with parsing because it
13315 is ignored by @TeX{} language mode.
13317 @node Float Formats, Complex Formats, Grouping Digits, Display Modes
13318 @subsection Float Formats
13320 @noindent
13321 Floating-point quantities are normally displayed in standard decimal
13322 form, with scientific notation used if the exponent is especially high
13323 or low.  All significant digits are normally displayed.  The commands
13324 in this section allow you to choose among several alternative display
13325 formats for floats.
13327 @kindex d n
13328 @pindex calc-normal-notation
13329 The @kbd{d n} (@code{calc-normal-notation}) command selects the normal
13330 display format.  All significant figures in a number are displayed.
13331 With a positive numeric prefix, numbers are rounded if necessary to
13332 that number of significant digits.  With a negative numerix prefix,
13333 the specified number of significant digits less than the current
13334 precision is used.  (Thus @kbd{C-u -2 d n} displays 10 digits if the
13335 current precision is 12.)
13337 @kindex d f
13338 @pindex calc-fix-notation
13339 The @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation}) command selects fixed-point
13340 notation.  The numeric argument is the number of digits after the
13341 decimal point, zero or more.  This format will relax into scientific
13342 notation if a nonzero number would otherwise have been rounded all the
13343 way to zero.  Specifying a negative number of digits is the same as
13344 for a positive number, except that small nonzero numbers will be rounded
13345 to zero rather than switching to scientific notation.
13347 @kindex d s
13348 @pindex calc-sci-notation
13349 @cindex Scientific notation, display of
13350 The @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}) command selects scientific
13351 notation.  A positive argument sets the number of significant figures
13352 displayed, of which one will be before and the rest after the decimal
13353 point.  A negative argument works the same as for @kbd{d n} format.
13354 The default is to display all significant digits.
13356 @kindex d e
13357 @pindex calc-eng-notation
13358 @cindex Engineering notation, display of
13359 The @kbd{d e} (@code{calc-eng-notation}) command selects engineering
13360 notation.  This is similar to scientific notation except that the
13361 exponent is rounded down to a multiple of three, with from one to three
13362 digits before the decimal point.  An optional numeric prefix sets the
13363 number of significant digits to display, as for @kbd{d s}.
13365 It is important to distinguish between the current @emph{precision} and
13366 the current @emph{display format}.  After the commands @kbd{C-u 10 p}
13367 and @kbd{C-u 6 d n} the Calculator computes all results to ten
13368 significant figures but displays only six.  (In fact, intermediate
13369 calculations are often carried to one or two more significant figures,
13370 but values placed on the stack will be rounded down to ten figures.)
13371 Numbers are never actually rounded to the display precision for storage,
13372 except by commands like @kbd{C-k} and @kbd{M-# y} which operate on the
13373 actual displayed text in the Calculator buffer.
13375 @kindex d .
13376 @pindex calc-point-char
13377 The @kbd{d .} (@code{calc-point-char}) command selects the character used
13378 as a decimal point.  Normally this is a period; users in some countries
13379 may wish to change this to a comma.  Note that this is only a display
13380 style; on entry, periods must always be used to denote floating-point
13381 numbers, and commas to separate elements in a list.
13383 @node Complex Formats, Fraction Formats, Float Formats, Display Modes
13384 @subsection Complex Formats
13386 @noindent
13387 @kindex d c
13388 @pindex calc-complex-notation
13389 There are three supported notations for complex numbers in rectangular
13390 form.  The default is as a pair of real numbers enclosed in parentheses
13391 and separated by a comma: @samp{(a,b)}.  The @kbd{d c}
13392 (@code{calc-complex-notation}) command selects this style.
13394 @kindex d i
13395 @pindex calc-i-notation
13396 @kindex d j
13397 @pindex calc-j-notation
13398 The other notations are @kbd{d i} (@code{calc-i-notation}), in which
13399 numbers are displayed in @samp{a+bi} form, and @kbd{d j}
13400 (@code{calc-j-notation}) which displays the form @samp{a+bj} preferred
13401 in some disciplines.
13403 @cindex @code{i} variable
13404 @vindex i
13405 Complex numbers are normally entered in @samp{(a,b)} format.
13406 If you enter @samp{2+3i} as an algebraic formula, it will be stored as
13407 the formula @samp{2 + 3 * i}.  However, if you use @kbd{=} to evaluate
13408 this formula and you have not changed the variable @samp{i}, the @samp{i}
13409 will be interpreted as @samp{(0,1)} and the formula will be simplified
13410 to @samp{(2,3)}.  Other commands (like @code{calc-sin}) will @emph{not}
13411 interpret the formula @samp{2 + 3 * i} as a complex number.
13412 @xref{Variables}, under ``special constants.''
13414 @node Fraction Formats, HMS Formats, Complex Formats, Display Modes
13415 @subsection Fraction Formats
13417 @noindent
13418 @kindex d o
13419 @pindex calc-over-notation
13420 Display of fractional numbers is controlled by the @kbd{d o}
13421 (@code{calc-over-notation}) command.  By default, a number like
13422 eight thirds is displayed in the form @samp{8:3}.  The @kbd{d o} command
13423 prompts for a one- or two-character format.  If you give one character,
13424 that character is used as the fraction separator.  Common separators are
13425 @samp{:} and @samp{/}.  (During input of numbers, the @kbd{:} key must be
13426 used regardless of the display format; in particular, the @kbd{/} is used
13427 for RPN-style division, @emph{not} for entering fractions.)
13429 If you give two characters, fractions use ``integer-plus-fractional-part''
13430 notation.  For example, the format @samp{+/} would display eight thirds
13431 as @samp{2+2/3}.  If two colons are present in a number being entered,
13432 the number is interpreted in this form (so that the entries @kbd{2:2:3}
13433 and @kbd{8:3} are equivalent).
13435 It is also possible to follow the one- or two-character format with
13436 a number.  For example:  @samp{:10} or @samp{+/3}.  In this case,
13437 Calc adjusts all fractions that are displayed to have the specified
13438 denominator, if possible.  Otherwise it adjusts the denominator to
13439 be a multiple of the specified value.  For example, in @samp{:6} mode
13440 the fraction @expr{1:6} will be unaffected, but @expr{2:3} will be
13441 displayed as @expr{4:6}, @expr{1:2} will be displayed as @expr{3:6},
13442 and @expr{1:8} will be displayed as @expr{3:24}.  Integers are also
13443 affected by this mode:  3 is displayed as @expr{18:6}.  Note that the
13444 format @samp{:1} writes fractions the same as @samp{:}, but it writes
13445 integers as @expr{n:1}.
13447 The fraction format does not affect the way fractions or integers are
13448 stored, only the way they appear on the screen.  The fraction format
13449 never affects floats.
13451 @node HMS Formats, Date Formats, Fraction Formats, Display Modes
13452 @subsection HMS Formats
13454 @noindent
13455 @kindex d h
13456 @pindex calc-hms-notation
13457 The @kbd{d h} (@code{calc-hms-notation}) command controls the display of
13458 HMS (hours-minutes-seconds) forms.  It prompts for a string which
13459 consists basically of an ``hours'' marker, optional punctuation, a
13460 ``minutes'' marker, more optional punctuation, and a ``seconds'' marker.
13461 Punctuation is zero or more spaces, commas, or semicolons.  The hours
13462 marker is one or more non-punctuation characters.  The minutes and
13463 seconds markers must be single non-punctuation characters.
13465 The default HMS format is @samp{@@ ' "}, producing HMS values of the form
13466 @samp{23@@ 30' 15.75"}.  The format @samp{deg, ms} would display this same
13467 value as @samp{23deg, 30m15.75s}.  During numeric entry, the @kbd{h} or @kbd{o}
13468 keys are recognized as synonyms for @kbd{@@} regardless of display format.
13469 The @kbd{m} and @kbd{s} keys are recognized as synonyms for @kbd{'} and
13470 @kbd{"}, respectively, but only if an @kbd{@@} (or @kbd{h} or @kbd{o}) has
13471 already been typed; otherwise, they have their usual meanings
13472 (@kbd{m-} prefix and @kbd{s-} prefix).  Thus, @kbd{5 "}, @kbd{0 @@ 5 "}, and
13473 @kbd{0 h 5 s} are some of the ways to enter the quantity ``five seconds.''
13474 The @kbd{'} key is recognized as ``minutes'' only if @kbd{@@} (or @kbd{h} or
13475 @kbd{o}) has already been pressed; otherwise it means to switch to algebraic
13476 entry.
13478 @node Date Formats, Truncating the Stack, HMS Formats, Display Modes
13479 @subsection Date Formats
13481 @noindent
13482 @kindex d d
13483 @pindex calc-date-notation
13484 The @kbd{d d} (@code{calc-date-notation}) command controls the display
13485 of date forms (@pxref{Date Forms}).  It prompts for a string which
13486 contains letters that represent the various parts of a date and time.
13487 To show which parts should be omitted when the form represents a pure
13488 date with no time, parts of the string can be enclosed in @samp{< >}
13489 marks.  If you don't include @samp{< >} markers in the format, Calc
13490 guesses at which parts, if any, should be omitted when formatting
13491 pure dates.
13493 The default format is:  @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}.
13494 An example string in this format is @samp{3:32pm Wed Jan 9, 1991}.
13495 If you enter a blank format string, this default format is
13496 reestablished.
13498 Calc uses @samp{< >} notation for nameless functions as well as for
13499 dates.  @xref{Specifying Operators}.  To avoid confusion with nameless
13500 functions, your date formats should avoid using the @samp{#} character.
13502 @menu
13503 * Date Formatting Codes::
13504 * Free-Form Dates::
13505 * Standard Date Formats::
13506 @end menu
13508 @node Date Formatting Codes, Free-Form Dates, Date Formats, Date Formats
13509 @subsubsection Date Formatting Codes
13511 @noindent
13512 When displaying a date, the current date format is used.  All
13513 characters except for letters and @samp{<} and @samp{>} are
13514 copied literally when dates are formatted.  The portion between
13515 @samp{< >} markers is omitted for pure dates, or included for
13516 date/time forms.  Letters are interpreted according to the table
13517 below.
13519 When dates are read in during algebraic entry, Calc first tries to
13520 match the input string to the current format either with or without
13521 the time part.  The punctuation characters (including spaces) must
13522 match exactly; letter fields must correspond to suitable text in
13523 the input.  If this doesn't work, Calc checks if the input is a
13524 simple number; if so, the number is interpreted as a number of days
13525 since Jan 1, 1 AD.  Otherwise, Calc tries a much more relaxed and
13526 flexible algorithm which is described in the next section.
13528 Weekday names are ignored during reading.
13530 Two-digit year numbers are interpreted as lying in the range
13531 from 1941 to 2039.  Years outside that range are always
13532 entered and displayed in full.  Year numbers with a leading
13533 @samp{+} sign are always interpreted exactly, allowing the
13534 entry and display of the years 1 through 99 AD.
13536 Here is a complete list of the formatting codes for dates:
13538 @table @asis
13539 @item Y
13540 Year:  ``91'' for 1991, ``7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13541 @item YY
13542 Year:  ``91'' for 1991, ``07'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13543 @item BY
13544 Year:  ``91'' for 1991, `` 7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13545 @item YYY
13546 Year:  ``1991'' for 1991, ``23'' for 23 AD.
13547 @item YYYY
13548 Year:  ``1991'' for 1991, ``+23'' for 23 AD.
13549 @item aa
13550 Year:  ``ad'' or blank.
13551 @item AA
13552 Year:  ``AD'' or blank.
13553 @item aaa
13554 Year:  ``ad '' or blank.  (Note trailing space.)
13555 @item AAA
13556 Year:  ``AD '' or blank.
13557 @item aaaa
13558 Year:  ``a.d.'' or blank.
13559 @item AAAA
13560 Year:  ``A.D.'' or blank.
13561 @item bb
13562 Year:  ``bc'' or blank.
13563 @item BB
13564 Year:  ``BC'' or blank.
13565 @item bbb
13566 Year:  `` bc'' or blank.  (Note leading space.)
13567 @item BBB
13568 Year:  `` BC'' or blank.
13569 @item bbbb
13570 Year:  ``b.c.'' or blank.
13571 @item BBBB
13572 Year:  ``B.C.'' or blank.
13573 @item M
13574 Month:  ``8'' for August.
13575 @item MM
13576 Month:  ``08'' for August.
13577 @item BM
13578 Month:  `` 8'' for August.
13579 @item MMM
13580 Month:  ``AUG'' for August.
13581 @item Mmm
13582 Month:  ``Aug'' for August.
13583 @item mmm
13584 Month:  ``aug'' for August.
13585 @item MMMM
13586 Month:  ``AUGUST'' for August.
13587 @item Mmmm
13588 Month:  ``August'' for August.
13589 @item D
13590 Day:  ``7'' for 7th day of month.
13591 @item DD
13592 Day:  ``07'' for 7th day of month.
13593 @item BD
13594 Day:  `` 7'' for 7th day of month.
13595 @item W
13596 Weekday:  ``0'' for Sunday, ``6'' for Saturday.
13597 @item WWW
13598 Weekday:  ``SUN'' for Sunday.
13599 @item Www
13600 Weekday:  ``Sun'' for Sunday.
13601 @item www
13602 Weekday:  ``sun'' for Sunday.
13603 @item WWWW
13604 Weekday:  ``SUNDAY'' for Sunday.
13605 @item Wwww
13606 Weekday:  ``Sunday'' for Sunday.
13607 @item d
13608 Day of year:  ``34'' for Feb. 3.
13609 @item ddd
13610 Day of year:  ``034'' for Feb. 3.
13611 @item bdd
13612 Day of year:  `` 34'' for Feb. 3.
13613 @item h
13614 Hour:  ``5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13615 @item hh
13616 Hour:  ``05'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13617 @item bh
13618 Hour:  `` 5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13619 @item H
13620 Hour:  ``5'' for 5 AM and 5 PM.
13621 @item HH
13622 Hour:  ``05'' for 5 AM and 5 PM.
13623 @item BH
13624 Hour:  `` 5'' for 5 AM and 5 PM.
13625 @item p
13626 AM/PM:  ``a'' or ``p''.
13627 @item P
13628 AM/PM:  ``A'' or ``P''.
13629 @item pp
13630 AM/PM:  ``am'' or ``pm''.
13631 @item PP
13632 AM/PM:  ``AM'' or ``PM''.
13633 @item pppp
13634 AM/PM:  ``a.m.'' or ``p.m.''.
13635 @item PPPP
13636 AM/PM:  ``A.M.'' or ``P.M.''.
13637 @item m
13638 Minutes:  ``7'' for 7.
13639 @item mm
13640 Minutes:  ``07'' for 7.
13641 @item bm
13642 Minutes:  `` 7'' for 7.
13643 @item s
13644 Seconds:  ``7'' for 7;  ``7.23'' for 7.23.
13645 @item ss
13646 Seconds:  ``07'' for 7;  ``07.23'' for 7.23.
13647 @item bs
13648 Seconds:  `` 7'' for 7;  `` 7.23'' for 7.23.
13649 @item SS
13650 Optional seconds:  ``07'' for 7;  blank for 0.
13651 @item BS
13652 Optional seconds:  `` 7'' for 7;  blank for 0.
13653 @item N
13654 Numeric date/time:  ``726842.25'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13655 @item n
13656 Numeric date:  ``726842'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13657 @item J
13658 Julian date/time:  ``2448265.75'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13659 @item j
13660 Julian date:  ``2448266'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13661 @item U
13662 Unix time:  ``663400800'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13663 @item X
13664 Brackets suppression.  An ``X'' at the front of the format
13665 causes the surrounding @w{@samp{< >}} delimiters to be omitted
13666 when formatting dates.  Note that the brackets are still
13667 required for algebraic entry.
13668 @end table
13670 If ``SS'' or ``BS'' (optional seconds) is preceded by a colon, the
13671 colon is also omitted if the seconds part is zero.
13673 If ``bb,'' ``bbb'' or ``bbbb'' or their upper-case equivalents
13674 appear in the format, then negative year numbers are displayed
13675 without a minus sign.  Note that ``aa'' and ``bb'' are mutually
13676 exclusive.  Some typical usages would be @samp{YYYY AABB};
13677 @samp{AAAYYYYBBB}; @samp{YYYYBBB}.
13679 The formats ``YY,'' ``YYYY,'' ``MM,'' ``DD,'' ``ddd,'' ``hh,'' ``HH,''
13680 ``mm,'' ``ss,'' and ``SS'' actually match any number of digits during
13681 reading unless several of these codes are strung together with no
13682 punctuation in between, in which case the input must have exactly as
13683 many digits as there are letters in the format.
13685 The ``j,'' ``J,'' and ``U'' formats do not make any time zone
13686 adjustment.  They effectively use @samp{julian(x,0)} and
13687 @samp{unixtime(x,0)} to make the conversion; @pxref{Date Arithmetic}.
13689 @node Free-Form Dates, Standard Date Formats, Date Formatting Codes, Date Formats
13690 @subsubsection Free-Form Dates
13692 @noindent
13693 When reading a date form during algebraic entry, Calc falls back
13694 on the algorithm described here if the input does not exactly
13695 match the current date format.  This algorithm generally
13696 ``does the right thing'' and you don't have to worry about it,
13697 but it is described here in full detail for the curious.
13699 Calc does not distinguish between upper- and lower-case letters
13700 while interpreting dates.
13702 First, the time portion, if present, is located somewhere in the
13703 text and then removed.  The remaining text is then interpreted as
13704 the date.
13706 A time is of the form @samp{hh:mm:ss}, possibly with the seconds
13707 part omitted and possibly with an AM/PM indicator added to indicate
13708 12-hour time.  If the AM/PM is present, the minutes may also be
13709 omitted.  The AM/PM part may be any of the words @samp{am},
13710 @samp{pm}, @samp{noon}, or @samp{midnight}; each of these may be
13711 abbreviated to one letter, and the alternate forms @samp{a.m.},
13712 @samp{p.m.}, and @samp{mid} are also understood.  Obviously
13713 @samp{noon} and @samp{midnight} are allowed only on 12:00:00.
13714 The words @samp{noon}, @samp{mid}, and @samp{midnight} are also
13715 recognized with no number attached.
13717 If there is no AM/PM indicator, the time is interpreted in 24-hour
13718 format.
13720 To read the date portion, all words and numbers are isolated
13721 from the string; other characters are ignored.  All words must
13722 be either month names or day-of-week names (the latter of which
13723 are ignored).  Names can be written in full or as three-letter
13724 abbreviations.
13726 Large numbers, or numbers with @samp{+} or @samp{-} signs,
13727 are interpreted as years.  If one of the other numbers is
13728 greater than 12, then that must be the day and the remaining
13729 number in the input is therefore the month.  Otherwise, Calc
13730 assumes the month, day and year are in the same order that they
13731 appear in the current date format.  If the year is omitted, the
13732 current year is taken from the system clock.
13734 If there are too many or too few numbers, or any unrecognizable
13735 words, then the input is rejected.
13737 If there are any large numbers (of five digits or more) other than
13738 the year, they are ignored on the assumption that they are something
13739 like Julian dates that were included along with the traditional
13740 date components when the date was formatted.
13742 One of the words @samp{ad}, @samp{a.d.}, @samp{bc}, or @samp{b.c.}
13743 may optionally be used; the latter two are equivalent to a
13744 minus sign on the year value.
13746 If you always enter a four-digit year, and use a name instead
13747 of a number for the month, there is no danger of ambiguity.
13749 @node Standard Date Formats, , Free-Form Dates, Date Formats
13750 @subsubsection Standard Date Formats
13752 @noindent
13753 There are actually ten standard date formats, numbered 0 through 9.
13754 Entering a blank line at the @kbd{d d} command's prompt gives
13755 you format number 1, Calc's usual format.  You can enter any digit
13756 to select the other formats.
13758 To create your own standard date formats, give a numeric prefix
13759 argument from 0 to 9 to the @w{@kbd{d d}} command.  The format you
13760 enter will be recorded as the new standard format of that
13761 number, as well as becoming the new current date format.
13762 You can save your formats permanently with the @w{@kbd{m m}}
13763 command (@pxref{Mode Settings}).
13765 @table @asis
13766 @item 0
13767 @samp{N}  (Numerical format)
13768 @item 1
13769 @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}  (American format)
13770 @item 2
13771 @samp{D Mmm YYYY<, h:mm:SS>}  (European format)
13772 @item 3
13773 @samp{Www Mmm BD< hh:mm:ss> YYYY}  (Unix written date format)
13774 @item 4
13775 @samp{M/D/Y< H:mm:SSpp>}  (American slashed format)
13776 @item 5
13777 @samp{D.M.Y< h:mm:SS>}  (European dotted format)
13778 @item 6
13779 @samp{M-D-Y< H:mm:SSpp>}  (American dashed format)
13780 @item 7
13781 @samp{D-M-Y< h:mm:SS>}  (European dashed format)
13782 @item 8
13783 @samp{j<, h:mm:ss>}  (Julian day plus time)
13784 @item 9
13785 @samp{YYddd< hh:mm:ss>}  (Year-day format)
13786 @end table
13788 @node Truncating the Stack, Justification, Date Formats, Display Modes
13789 @subsection Truncating the Stack
13791 @noindent
13792 @kindex d t
13793 @pindex calc-truncate-stack
13794 @cindex Truncating the stack
13795 @cindex Narrowing the stack
13796 The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack}) command moves the @samp{.}@:
13797 line that marks the top-of-stack up or down in the Calculator buffer.
13798 The number right above that line is considered to the be at the top of
13799 the stack.  Any numbers below that line are ``hidden'' from all stack
13800 operations.  This is similar to the Emacs ``narrowing'' feature, except
13801 that the values below the @samp{.} are @emph{visible}, just temporarily
13802 frozen.  This feature allows you to keep several independent calculations
13803 running at once in different parts of the stack, or to apply a certain
13804 command to an element buried deep in the stack.
13806 Pressing @kbd{d t} by itself moves the @samp{.} to the line the cursor
13807 is on.  Thus, this line and all those below it become hidden.  To un-hide
13808 these lines, move down to the end of the buffer and press @w{@kbd{d t}}.
13809 With a positive numeric prefix argument @expr{n}, @kbd{d t} hides the
13810 bottom @expr{n} values in the buffer.  With a negative argument, it hides
13811 all but the top @expr{n} values.  With an argument of zero, it hides zero
13812 values, i.e., moves the @samp{.} all the way down to the bottom.
13814 @kindex d [
13815 @pindex calc-truncate-up
13816 @kindex d ]
13817 @pindex calc-truncate-down
13818 The @kbd{d [} (@code{calc-truncate-up}) and @kbd{d ]}
13819 (@code{calc-truncate-down}) commands move the @samp{.} up or down one
13820 line at a time (or several lines with a prefix argument).
13822 @node Justification, Labels, Truncating the Stack, Display Modes
13823 @subsection Justification
13825 @noindent
13826 @kindex d <
13827 @pindex calc-left-justify
13828 @kindex d =
13829 @pindex calc-center-justify
13830 @kindex d >
13831 @pindex calc-right-justify
13832 Values on the stack are normally left-justified in the window.  You can
13833 control this arrangement by typing @kbd{d <} (@code{calc-left-justify}),
13834 @kbd{d >} (@code{calc-right-justify}), or @kbd{d =}
13835 (@code{calc-center-justify}).  For example, in Right-Justification mode,
13836 stack entries are displayed flush-right against the right edge of the
13837 window.
13839 If you change the width of the Calculator window you may have to type
13840 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}) to re-align right-justified or centered
13841 text.
13843 Right-justification is especially useful together with fixed-point
13844 notation (see @code{d f}; @code{calc-fix-notation}).  With these modes
13845 together, the decimal points on numbers will always line up.
13847 With a numeric prefix argument, the justification commands give you
13848 a little extra control over the display.  The argument specifies the
13849 horizontal ``origin'' of a display line.  It is also possible to
13850 specify a maximum line width using the @kbd{d b} command (@pxref{Normal
13851 Language Modes}).  For reference, the precise rules for formatting and
13852 breaking lines are given below.  Notice that the interaction between
13853 origin and line width is slightly different in each justification
13854 mode.
13856 In Left-Justified mode, the line is indented by a number of spaces
13857 given by the origin (default zero).  If the result is longer than the
13858 maximum line width, if given, or too wide to fit in the Calc window
13859 otherwise, then it is broken into lines which will fit; each broken
13860 line is indented to the origin.
13862 In Right-Justified mode, lines are shifted right so that the rightmost
13863 character is just before the origin, or just before the current
13864 window width if no origin was specified.  If the line is too long
13865 for this, then it is broken; the current line width is used, if
13866 specified, or else the origin is used as a width if that is
13867 specified, or else the line is broken to fit in the window.
13869 In Centering mode, the origin is the column number of the center of
13870 each stack entry.  If a line width is specified, lines will not be
13871 allowed to go past that width; Calc will either indent less or
13872 break the lines if necessary.  If no origin is specified, half the
13873 line width or Calc window width is used.
13875 Note that, in each case, if line numbering is enabled the display
13876 is indented an additional four spaces to make room for the line
13877 number.  The width of the line number is taken into account when
13878 positioning according to the current Calc window width, but not
13879 when positioning by explicit origins and widths.  In the latter
13880 case, the display is formatted as specified, and then uniformly
13881 shifted over four spaces to fit the line numbers.
13883 @node Labels, , Justification, Display Modes
13884 @subsection Labels
13886 @noindent
13887 @kindex d @{
13888 @pindex calc-left-label
13889 The @kbd{d @{} (@code{calc-left-label}) command prompts for a string,
13890 then displays that string to the left of every stack entry.  If the
13891 entries are left-justified (@pxref{Justification}), then they will
13892 appear immediately after the label (unless you specified an origin
13893 greater than the length of the label).  If the entries are centered
13894 or right-justified, the label appears on the far left and does not
13895 affect the horizontal position of the stack entry.
13897 Give a blank string (with @kbd{d @{ @key{RET}}) to turn the label off.
13899 @kindex d @}
13900 @pindex calc-right-label
13901 The @kbd{d @}} (@code{calc-right-label}) command similarly adds a
13902 label on the righthand side.  It does not affect positioning of
13903 the stack entries unless they are right-justified.  Also, if both
13904 a line width and an origin are given in Right-Justified mode, the
13905 stack entry is justified to the origin and the righthand label is
13906 justified to the line width.
13908 One application of labels would be to add equation numbers to
13909 formulas you are manipulating in Calc and then copying into a
13910 document (possibly using Embedded mode).  The equations would
13911 typically be centered, and the equation numbers would be on the
13912 left or right as you prefer.
13914 @node Language Modes, Modes Variable, Display Modes, Mode Settings
13915 @section Language Modes
13917 @noindent
13918 The commands in this section change Calc to use a different notation for
13919 entry and display of formulas, corresponding to the conventions of some
13920 other common language such as Pascal or La@TeX{}.  Objects displayed on the
13921 stack or yanked from the Calculator to an editing buffer will be formatted
13922 in the current language; objects entered in algebraic entry or yanked from
13923 another buffer will be interpreted according to the current language.
13925 The current language has no effect on things written to or read from the
13926 trail buffer, nor does it affect numeric entry.  Only algebraic entry is
13927 affected.  You can make even algebraic entry ignore the current language
13928 and use the standard notation by giving a numeric prefix, e.g., @kbd{C-u '}.
13930 For example, suppose the formula @samp{2*a[1] + atan(a[2])} occurs in a C
13931 program; elsewhere in the program you need the derivatives of this formula
13932 with respect to @samp{a[1]} and @samp{a[2]}.  First, type @kbd{d C}
13933 to switch to C notation.  Now use @code{C-u M-# g} to grab the formula
13934 into the Calculator, @kbd{a d a[1] @key{RET}} to differentiate with respect
13935 to the first variable, and @kbd{M-# y} to yank the formula for the derivative
13936 back into your C program.  Press @kbd{U} to undo the differentiation and
13937 repeat with @kbd{a d a[2] @key{RET}} for the other derivative.
13939 Without being switched into C mode first, Calc would have misinterpreted
13940 the brackets in @samp{a[1]} and @samp{a[2]}, would not have known that
13941 @code{atan} was equivalent to Calc's built-in @code{arctan} function,
13942 and would have written the formula back with notations (like implicit
13943 multiplication) which would not have been legal for a C program.
13945 As another example, suppose you are maintaining a C program and a La@TeX{}
13946 document, each of which needs a copy of the same formula.  You can grab the
13947 formula from the program in C mode, switch to La@TeX{} mode, and yank the
13948 formula into the document in La@TeX{} math-mode format.
13950 Language modes are selected by typing the letter @kbd{d} followed by a
13951 shifted letter key.
13953 @menu
13954 * Normal Language Modes::
13955 * C FORTRAN Pascal::
13956 * TeX and LaTeX Language Modes::
13957 * Eqn Language Mode::
13958 * Mathematica Language Mode::
13959 * Maple Language Mode::
13960 * Compositions::
13961 * Syntax Tables::
13962 @end menu
13964 @node Normal Language Modes, C FORTRAN Pascal, Language Modes, Language Modes
13965 @subsection Normal Language Modes
13967 @noindent
13968 @kindex d N
13969 @pindex calc-normal-language
13970 The @kbd{d N} (@code{calc-normal-language}) command selects the usual
13971 notation for Calc formulas, as described in the rest of this manual.
13972 Matrices are displayed in a multi-line tabular format, but all other
13973 objects are written in linear form, as they would be typed from the
13974 keyboard.
13976 @kindex d O
13977 @pindex calc-flat-language
13978 @cindex Matrix display
13979 The @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) command selects a language
13980 identical with the normal one, except that matrices are written in
13981 one-line form along with everything else.  In some applications this
13982 form may be more suitable for yanking data into other buffers.
13984 @kindex d b
13985 @pindex calc-line-breaking
13986 @cindex Line breaking
13987 @cindex Breaking up long lines
13988 Even in one-line mode, long formulas or vectors will still be split
13989 across multiple lines if they exceed the width of the Calculator window.
13990 The @kbd{d b} (@code{calc-line-breaking}) command turns this line-breaking
13991 feature on and off.  (It works independently of the current language.)
13992 If you give a numeric prefix argument of five or greater to the @kbd{d b}
13993 command, that argument will specify the line width used when breaking
13994 long lines.
13996 @kindex d B
13997 @pindex calc-big-language
13998 The @kbd{d B} (@code{calc-big-language}) command selects a language
13999 which uses textual approximations to various mathematical notations,
14000 such as powers, quotients, and square roots:
14002 @example
14003   ____________
14004  | a + 1    2
14005  | ----- + c
14006 \|   b
14007 @end example
14009 @noindent
14010 in place of @samp{sqrt((a+1)/b + c^2)}.
14012 Subscripts like @samp{a_i} are displayed as actual subscripts in Big
14013 mode.  Double subscripts, @samp{a_i_j} (@samp{subscr(subscr(a, i), j)})
14014 are displayed as @samp{a} with subscripts separated by commas:
14015 @samp{i, j}.  They must still be entered in the usual underscore
14016 notation.
14018 One slight ambiguity of Big notation is that
14020 @example
14021   3
14022 - -
14023   4
14024 @end example
14026 @noindent
14027 can represent either the negative rational number @expr{-3:4}, or the
14028 actual expression @samp{-(3/4)}; but the latter formula would normally
14029 never be displayed because it would immediately be evaluated to
14030 @expr{-3:4} or @expr{-0.75}, so this ambiguity is not a problem in
14031 typical use.
14033 Non-decimal numbers are displayed with subscripts.  Thus there is no
14034 way to tell the difference between @samp{16#C2} and @samp{C2_16},
14035 though generally you will know which interpretation is correct.
14036 Logarithms @samp{log(x,b)} and @samp{log10(x)} also use subscripts
14037 in Big mode.
14039 In Big mode, stack entries often take up several lines.  To aid
14040 readability, stack entries are separated by a blank line in this mode.
14041 You may find it useful to expand the Calc window's height using
14042 @kbd{C-x ^} (@code{enlarge-window}) or to make the Calc window the only
14043 one on the screen with @kbd{C-x 1} (@code{delete-other-windows}).
14045 Long lines are currently not rearranged to fit the window width in
14046 Big mode, so you may need to use the @kbd{<} and @kbd{>} keys
14047 to scroll across a wide formula.  For really big formulas, you may
14048 even need to use @kbd{@{} and @kbd{@}} to scroll up and down.
14050 @kindex d U
14051 @pindex calc-unformatted-language
14052 The @kbd{d U} (@code{calc-unformatted-language}) command altogether disables
14053 the use of operator notation in formulas.  In this mode, the formula
14054 shown above would be displayed:
14056 @example
14057 sqrt(add(div(add(a, 1), b), pow(c, 2)))
14058 @end example
14060 These four modes differ only in display format, not in the format
14061 expected for algebraic entry.  The standard Calc operators work in
14062 all four modes, and unformatted notation works in any language mode
14063 (except that Mathematica mode expects square brackets instead of
14064 parentheses).
14066 @node C FORTRAN Pascal, TeX and LaTeX Language Modes, Normal Language Modes, Language Modes
14067 @subsection C, FORTRAN, and Pascal Modes
14069 @noindent
14070 @kindex d C
14071 @pindex calc-c-language
14072 @cindex C language
14073 The @kbd{d C} (@code{calc-c-language}) command selects the conventions
14074 of the C language for display and entry of formulas.  This differs from
14075 the normal language mode in a variety of (mostly minor) ways.  In
14076 particular, C language operators and operator precedences are used in
14077 place of Calc's usual ones.  For example, @samp{a^b} means @samp{xor(a,b)}
14078 in C mode; a value raised to a power is written as a function call,
14079 @samp{pow(a,b)}.
14081 In C mode, vectors and matrices use curly braces instead of brackets.
14082 Octal and hexadecimal values are written with leading @samp{0} or @samp{0x}
14083 rather than using the @samp{#} symbol.  Array subscripting is
14084 translated into @code{subscr} calls, so that @samp{a[i]} in C
14085 mode is the same as @samp{a_i} in Normal mode.  Assignments
14086 turn into the @code{assign} function, which Calc normally displays
14087 using the @samp{:=} symbol.
14089 The variables @code{pi} and @code{e} would be displayed @samp{pi}
14090 and @samp{e} in Normal mode, but in C mode they are displayed as
14091 @samp{M_PI} and @samp{M_E}, corresponding to the names of constants
14092 typically provided in the @file{<math.h>} header.  Functions whose
14093 names are different in C are translated automatically for entry and
14094 display purposes.  For example, entering @samp{asin(x)} will push the
14095 formula @samp{arcsin(x)} onto the stack; this formula will be displayed
14096 as @samp{asin(x)} as long as C mode is in effect.
14098 @kindex d P
14099 @pindex calc-pascal-language
14100 @cindex Pascal language
14101 The @kbd{d P} (@code{calc-pascal-language}) command selects Pascal
14102 conventions.  Like C mode, Pascal mode interprets array brackets and uses
14103 a different table of operators.  Hexadecimal numbers are entered and
14104 displayed with a preceding dollar sign.  (Thus the regular meaning of
14105 @kbd{$2} during algebraic entry does not work in Pascal mode, though
14106 @kbd{$} (and @kbd{$$}, etc.) not followed by digits works the same as
14107 always.)  No special provisions are made for other non-decimal numbers,
14108 vectors, and so on, since there is no universally accepted standard way
14109 of handling these in Pascal.
14111 @kindex d F
14112 @pindex calc-fortran-language
14113 @cindex FORTRAN language
14114 The @kbd{d F} (@code{calc-fortran-language}) command selects FORTRAN
14115 conventions.  Various function names are transformed into FORTRAN
14116 equivalents.  Vectors are written as @samp{/1, 2, 3/}, and may be
14117 entered this way or using square brackets.  Since FORTRAN uses round
14118 parentheses for both function calls and array subscripts, Calc displays
14119 both in the same way; @samp{a(i)} is interpreted as a function call
14120 upon reading, and subscripts must be entered as @samp{subscr(a, i)}.
14121 Also, if the variable @code{a} has been declared to have type
14122 @code{vector} or @code{matrix} then @samp{a(i)} will be parsed as a
14123 subscript.  (@xref{Declarations}.)  Usually it doesn't matter, though;
14124 if you enter the subscript expression @samp{a(i)} and Calc interprets
14125 it as a function call, you'll never know the difference unless you
14126 switch to another language mode or replace @code{a} with an actual
14127 vector (or unless @code{a} happens to be the name of a built-in
14128 function!).
14130 Underscores are allowed in variable and function names in all of these
14131 language modes.  The underscore here is equivalent to the @samp{#} in
14132 Normal mode, or to hyphens in the underlying Emacs Lisp variable names.
14134 FORTRAN and Pascal modes normally do not adjust the case of letters in
14135 formulas.  Most built-in Calc names use lower-case letters.  If you use a
14136 positive numeric prefix argument with @kbd{d P} or @kbd{d F}, these
14137 modes will use upper-case letters exclusively for display, and will
14138 convert to lower-case on input.  With a negative prefix, these modes
14139 convert to lower-case for display and input.
14141 @node TeX and LaTeX Language Modes, Eqn Language Mode, C FORTRAN Pascal, Language Modes
14142 @subsection @TeX{} and La@TeX{} Language Modes
14144 @noindent
14145 @kindex d T
14146 @pindex calc-tex-language
14147 @cindex TeX language
14148 @kindex d L
14149 @pindex calc-latex-language
14150 @cindex LaTeX language
14151 The @kbd{d T} (@code{calc-tex-language}) command selects the conventions
14152 of ``math mode'' in Donald Knuth's @TeX{} typesetting language,
14153 and the @kbd{d L} (@code{calc-latex-language}) command selects the
14154 conventions of ``math mode'' in La@TeX{}, a typesetting language that
14155 uses @TeX{} as its formatting engine.  Calc's La@TeX{} language mode can
14156 read any formula that the @TeX{} language mode can, although La@TeX{}
14157 mode may display it differently.
14159 Formulas are entered and displayed in the appropriate notation;
14160 @texline @math{\sin(a/b)}
14161 @infoline @expr{sin(a/b)}
14162 will appear as @samp{\sin\left( a \over b \right)} in @TeX{} mode and
14163 @samp{\sin\left(\frac@{a@}@{b@}\right)} in La@TeX{} mode.
14164 Math formulas are often enclosed by @samp{$ $} signs in @TeX{} and
14165 La@TeX{}; these should be omitted when interfacing with Calc.  To Calc,
14166 the @samp{$} sign has the same meaning it always does in algebraic
14167 formulas (a reference to an existing entry on the stack).
14169 Complex numbers are displayed as in @samp{3 + 4i}.  Fractions and
14170 quotients are written using @code{\over} in @TeX{} mode (as in 
14171 @code{@{a \over b@}}) and @code{\frac} in La@TeX{} mode (as in
14172 @code{\frac@{a@}@{b@}});  binomial coefficients are written with
14173 @code{\choose} in @TeX{} mode (as in @code{@{a \choose b@}}) and
14174 @code{\binom} in La@TeX{} mode (as in @code{\binom@{a@}@{b@}}).
14175 Interval forms are written with @code{\ldots}, and error forms are
14176 written with @code{\pm}. Absolute values are written as in 
14177 @samp{|x + 1|}, and the floor and ceiling functions are written with
14178 @code{\lfloor}, @code{\rfloor}, etc. The words @code{\left} and
14179 @code{\right} are ignored when reading formulas in @TeX{} and La@TeX{}
14180 modes.  Both @code{inf} and @code{uinf} are written as @code{\infty};
14181 when read, @code{\infty} always translates to @code{inf}.
14183 Function calls are written the usual way, with the function name followed
14184 by the arguments in parentheses.  However, functions for which @TeX{}
14185 and La@TeX{} have special names (like @code{\sin}) will use curly braces
14186 instead of parentheses for very simple arguments.  During input, curly
14187 braces and parentheses work equally well for grouping, but when the
14188 document is formatted the curly braces will be invisible.  Thus the
14189 printed result is 
14190 @texline @math{\sin{2 x}}
14191 @infoline @expr{sin 2x} 
14192 but 
14193 @texline @math{\sin(2 + x)}.
14194 @infoline @expr{sin(2 + x)}.
14196 Function and variable names not treated specially by @TeX{} and La@TeX{}
14197 are simply written out as-is, which will cause them to come out in
14198 italic letters in the printed document.  If you invoke @kbd{d T} or
14199 @kbd{d L} with a positive numeric prefix argument, names of more than
14200 one character will instead be enclosed in a protective commands that
14201 will prevent them from being typeset in the math italics; they will be
14202 written @samp{\hbox@{@var{name}@}} in @TeX{} mode and 
14203 @samp{\text@{@var{name}@}} in La@TeX{} mode.  The
14204 @samp{\hbox@{ @}} and @samp{\text@{ @}} notations are ignored during
14205 reading.  If you use a negative prefix argument, such function names are
14206 written @samp{\@var{name}}, and function names that begin with @code{\} during
14207 reading have the @code{\} removed.  (Note that in this mode, long
14208 variable names are still written with @code{\hbox} or @code{\text}.
14209 However, you can always make an actual variable name like @code{\bar} in
14210 any @TeX{} mode.)
14212 During reading, text of the form @samp{\matrix@{ ...@: @}} is replaced
14213 by @samp{[ ...@: ]}.  The same also applies to @code{\pmatrix} and
14214 @code{\bmatrix}.  In La@TeX{} mode this also applies to 
14215 @samp{\begin@{matrix@} ... \end@{matrix@}},
14216 @samp{\begin@{bmatrix@} ... \end@{bmatrix@}},
14217 @samp{\begin@{pmatrix@} ... \end@{pmatrix@}}, as well as
14218 @samp{\begin@{smallmatrix@} ... \end@{smallmatrix@}}.
14219 The symbol @samp{&} is interpreted as a comma,
14220 and the symbols @samp{\cr} and @samp{\\} are interpreted as semicolons.
14221 During output, matrices are displayed in @samp{\matrix@{ a & b \\ c & d@}}
14222 format in @TeX{} mode and in 
14223 @samp{\begin@{pmatrix@} a & b \\ c & d \end@{pmatrix@}} format in
14224 La@TeX{} mode; you may need to edit this afterwards to change to your
14225 preferred matrix form.  If you invoke @kbd{d T} or @kbd{d L} with an
14226 argument of 2 or -2, then matrices will be displayed in two-dimensional
14227 form, such as 
14229 @example
14230 \begin@{pmatrix@}
14231 a & b \\
14232 c & d
14233 \end@{pmatrix@}
14234 @end example
14236 @noindent
14237 This may be convenient for isolated matrices, but could lead to
14238 expressions being displayed like
14240 @example
14241 \begin@{pmatrix@} \times x
14242 a & b \\
14243 c & d
14244 \end@{pmatrix@}
14245 @end example
14247 @noindent
14248 While this wouldn't bother Calc, it is incorrect La@TeX{}.
14249 (Similarly for @TeX{}.)
14251 Accents like @code{\tilde} and @code{\bar} translate into function
14252 calls internally (@samp{tilde(x)}, @samp{bar(x)}).  The @code{\underline}
14253 sequence is treated as an accent.  The @code{\vec} accent corresponds
14254 to the function name @code{Vec}, because @code{vec} is the name of
14255 a built-in Calc function.  The following table shows the accents
14256 in Calc, @TeX{}, La@TeX{} and @dfn{eqn} (described in the next section):
14258 @iftex
14259 @begingroup
14260 @let@calcindexershow=@calcindexernoshow  @c Suppress marginal notes
14261 @let@calcindexersh=@calcindexernoshow
14262 @end iftex
14263 @ignore
14264 @starindex
14265 @end ignore
14266 @tindex acute
14267 @ignore
14268 @starindex
14269 @end ignore
14270 @tindex Acute
14271 @ignore
14272 @starindex
14273 @end ignore
14274 @tindex bar
14275 @ignore
14276 @starindex
14277 @end ignore
14278 @tindex Bar
14279 @ignore
14280 @starindex
14281 @end ignore
14282 @tindex breve
14283 @ignore
14284 @starindex
14285 @end ignore
14286 @tindex Breve
14287 @ignore
14288 @starindex
14289 @end ignore
14290 @tindex check
14291 @ignore
14292 @starindex
14293 @end ignore
14294 @tindex Check
14295 @ignore
14296 @starindex
14297 @end ignore
14298 @tindex dddot
14299 @ignore
14300 @starindex
14301 @end ignore
14302 @tindex ddddot
14303 @ignore
14304 @starindex
14305 @end ignore
14306 @tindex dot
14307 @ignore
14308 @starindex
14309 @end ignore
14310 @tindex Dot
14311 @ignore
14312 @starindex
14313 @end ignore
14314 @tindex dotdot
14315 @ignore
14316 @starindex
14317 @end ignore
14318 @tindex DotDot
14319 @ignore
14320 @starindex
14321 @end ignore
14322 @tindex dyad
14323 @ignore
14324 @starindex
14325 @end ignore
14326 @tindex grave
14327 @ignore
14328 @starindex
14329 @end ignore
14330 @tindex Grave
14331 @ignore
14332 @starindex
14333 @end ignore
14334 @tindex hat
14335 @ignore
14336 @starindex
14337 @end ignore
14338 @tindex Hat
14339 @ignore
14340 @starindex
14341 @end ignore
14342 @tindex Prime
14343 @ignore
14344 @starindex
14345 @end ignore
14346 @tindex tilde
14347 @ignore
14348 @starindex
14349 @end ignore
14350 @tindex Tilde
14351 @ignore
14352 @starindex
14353 @end ignore
14354 @tindex under
14355 @ignore
14356 @starindex
14357 @end ignore
14358 @tindex Vec
14359 @ignore
14360 @starindex
14361 @end ignore
14362 @tindex VEC
14363 @iftex
14364 @endgroup
14365 @end iftex
14366 @example
14367 Calc      TeX           LaTeX         eqn
14368 ----      ---           -----         ---
14369 acute     \acute        \acute        
14370 Acute                   \Acute        
14371 bar       \bar          \bar          bar
14372 Bar                     \Bar
14373 breve     \breve        \breve        
14374 Breve                   \Breve        
14375 check     \check        \check        
14376 Check                   \Check        
14377 dddot                   \dddot
14378 ddddot                  \ddddot
14379 dot       \dot          \dot          dot
14380 Dot                     \Dot
14381 dotdot    \ddot         \ddot         dotdot
14382 DotDot                  \Ddot         
14383 dyad                                  dyad
14384 grave     \grave        \grave        
14385 Grave                   \Grave        
14386 hat       \hat          \hat          hat
14387 Hat                     \Hat          
14388 Prime                                 prime
14389 tilde     \tilde        \tilde        tilde
14390 Tilde                   \Tilde
14391 under     \underline    \underline    under
14392 Vec       \vec          \vec          vec
14393 VEC                     \Vec
14394 @end example
14396 The @samp{=>} (evaluates-to) operator appears as a @code{\to} symbol:
14397 @samp{@{@var{a} \to @var{b}@}}.  @TeX{} defines @code{\to} as an
14398 alias for @code{\rightarrow}.  However, if the @samp{=>} is the
14399 top-level expression being formatted, a slightly different notation
14400 is used:  @samp{\evalto @var{a} \to @var{b}}.  The @code{\evalto}
14401 word is ignored by Calc's input routines, and is undefined in @TeX{}.
14402 You will typically want to include one of the following definitions
14403 at the top of a @TeX{} file that uses @code{\evalto}:
14405 @example
14406 \def\evalto@{@}
14407 \def\evalto#1\to@{@}
14408 @end example
14410 The first definition formats evaluates-to operators in the usual
14411 way.  The second causes only the @var{b} part to appear in the
14412 printed document; the @var{a} part and the arrow are hidden.
14413 Another definition you may wish to use is @samp{\let\to=\Rightarrow}
14414 which causes @code{\to} to appear more like Calc's @samp{=>} symbol.
14415 @xref{Evaluates-To Operator}, for a discussion of @code{evalto}.
14417 The complete set of @TeX{} control sequences that are ignored during
14418 reading is:
14420 @example
14421 \hbox  \mbox  \text  \left  \right
14422 \,  \>  \:  \;  \!  \quad  \qquad  \hfil  \hfill
14423 \displaystyle  \textstyle  \dsize  \tsize
14424 \scriptstyle  \scriptscriptstyle  \ssize  \ssize
14425 \rm  \bf  \it  \sl  \roman  \bold  \italic  \slanted
14426 \cal  \mit  \Cal  \Bbb  \frak  \goth
14427 \evalto
14428 @end example
14430 Note that, because these symbols are ignored, reading a @TeX{} or
14431 La@TeX{} formula into Calc and writing it back out may lose spacing and
14432 font information. 
14434 Also, the ``discretionary multiplication sign'' @samp{\*} is read
14435 the same as @samp{*}.
14437 @ifinfo
14438 The @TeX{} version of this manual includes some printed examples at the
14439 end of this section.
14440 @end ifinfo
14441 @iftex
14442 Here are some examples of how various Calc formulas are formatted in @TeX{}:
14444 @example
14445 @group
14446 sin(a^2 / b_i)
14447 \sin\left( {a^2 \over b_i} \right)
14448 @end group
14449 @end example
14450 @tex
14451 $$ \sin\left( a^2 \over b_i \right) $$
14452 @end tex
14453 @sp 1
14455 @example
14456 @group
14457 [(3, 4), 3:4, 3 +/- 4, [3 .. inf)]
14458 [3 + 4i, @{3 \over 4@}, 3 \pm 4, [3 \ldots \infty)]
14459 @end group
14460 @end example
14461 @tex
14462 \turnoffactive
14463 $$ [3 + 4i, {3 \over 4}, 3 \pm 4, [ 3 \ldots \infty)] $$
14464 @end tex
14465 @sp 1
14467 @example
14468 @group
14469 [abs(a), abs(a / b), floor(a), ceil(a / b)]
14470 [|a|, \left| a \over b \right|,
14471  \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil]
14472 @end group
14473 @end example
14474 @tex
14475 $$ [|a|, \left| a \over b \right|,
14476     \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil] $$
14477 @end tex
14478 @sp 1
14480 @example
14481 @group
14482 [sin(a), sin(2 a), sin(2 + a), sin(a / b)]
14483 [\sin@{a@}, \sin@{2 a@}, \sin(2 + a),
14484  \sin\left( @{a \over b@} \right)]
14485 @end group
14486 @end example
14487 @tex
14488 \turnoffactive
14489 $$ [\sin{a}, \sin{2 a}, \sin(2 + a), \sin\left( {a \over b} \right)] $$
14490 @end tex
14491 @sp 2
14493 First with plain @kbd{d T}, then with @kbd{C-u d T}, then finally with
14494 @kbd{C-u - d T} (using the example definition
14495 @samp{\def\foo#1@{\tilde F(#1)@}}:
14497 @example
14498 @group
14499 [f(a), foo(bar), sin(pi)]
14500 [f(a), foo(bar), \sin{\pi}]
14501 [f(a), \hbox@{foo@}(\hbox@{bar@}), \sin@{\pi@}]
14502 [f(a), \foo@{\hbox@{bar@}@}, \sin@{\pi@}]
14503 @end group
14504 @end example
14505 @tex
14506 $$ [f(a), foo(bar), \sin{\pi}] $$
14507 $$ [f(a), \hbox{foo}(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14508 $$ [f(a), \tilde F(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14509 @end tex
14510 @sp 2
14512 First with @samp{\def\evalto@{@}}, then with @samp{\def\evalto#1\to@{@}}:
14514 @example
14515 @group
14516 2 + 3 => 5
14517 \evalto 2 + 3 \to 5
14518 @end group
14519 @end example
14520 @tex
14521 \turnoffactive
14522 $$ 2 + 3 \to 5 $$
14523 $$ 5 $$
14524 @end tex
14525 @sp 2
14527 First with standard @code{\to}, then with @samp{\let\to\Rightarrow}:
14529 @example
14530 @group
14531 [2 + 3 => 5, a / 2 => (b + c) / 2]
14532 [@{2 + 3 \to 5@}, @{@{a \over 2@} \to @{b + c \over 2@}@}]
14533 @end group
14534 @end example
14535 @tex
14536 \turnoffactive
14537 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$
14538 {\let\to\Rightarrow
14539 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$}
14540 @end tex
14541 @sp 2
14543 Matrices normally, then changing @code{\matrix} to @code{\pmatrix}:
14545 @example
14546 @group
14547 [ [ a / b, 0 ], [ 0, 2^(x + 1) ] ]
14548 \matrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14549 \pmatrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14550 @end group
14551 @end example
14552 @tex
14553 \turnoffactive
14554 $$ \matrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14555 $$ \pmatrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14556 @end tex
14557 @sp 2
14558 @end iftex
14560 @node Eqn Language Mode, Mathematica Language Mode, TeX and LaTeX Language Modes, Language Modes
14561 @subsection Eqn Language Mode
14563 @noindent
14564 @kindex d E
14565 @pindex calc-eqn-language
14566 @dfn{Eqn} is another popular formatter for math formulas.  It is
14567 designed for use with the TROFF text formatter, and comes standard
14568 with many versions of Unix.  The @kbd{d E} (@code{calc-eqn-language})
14569 command selects @dfn{eqn} notation.
14571 The @dfn{eqn} language's main idiosyncrasy is that whitespace plays
14572 a significant part in the parsing of the language.  For example,
14573 @samp{sqrt x+1 + y} treats @samp{x+1} as the argument of the
14574 @code{sqrt} operator.  @dfn{Eqn} also understands more conventional
14575 grouping using curly braces:  @samp{sqrt@{x+1@} + y}.  Braces are
14576 required only when the argument contains spaces.
14578 In Calc's @dfn{eqn} mode, however, curly braces are required to
14579 delimit arguments of operators like @code{sqrt}.  The first of the
14580 above examples would treat only the @samp{x} as the argument of
14581 @code{sqrt}, and in fact @samp{sin x+1} would be interpreted as
14582 @samp{sin * x + 1}, because @code{sin} is not a special operator
14583 in the @dfn{eqn} language.  If you always surround the argument
14584 with curly braces, Calc will never misunderstand.
14586 Calc also understands parentheses as grouping characters.  Another
14587 peculiarity of @dfn{eqn}'s syntax makes it advisable to separate
14588 words with spaces from any surrounding characters that aren't curly
14589 braces, so Calc writes @samp{sin ( x + y )} in @dfn{eqn} mode.
14590 (The spaces around @code{sin} are important to make @dfn{eqn}
14591 recognize that @code{sin} should be typeset in a roman font, and
14592 the spaces around @code{x} and @code{y} are a good idea just in
14593 case the @dfn{eqn} document has defined special meanings for these
14594 names, too.)
14596 Powers and subscripts are written with the @code{sub} and @code{sup}
14597 operators, respectively.  Note that the caret symbol @samp{^} is
14598 treated the same as a space in @dfn{eqn} mode, as is the @samp{~}
14599 symbol (these are used to introduce spaces of various widths into
14600 the typeset output of @dfn{eqn}).
14602 As in La@TeX{} mode, Calc's formatter omits parentheses around the
14603 arguments of functions like @code{ln} and @code{sin} if they are
14604 ``simple-looking''; in this case Calc surrounds the argument with
14605 braces, separated by a @samp{~} from the function name: @samp{sin~@{x@}}.
14607 Font change codes (like @samp{roman @var{x}}) and positioning codes
14608 (like @samp{~} and @samp{down @var{n} @var{x}}) are ignored by the
14609 @dfn{eqn} reader.  Also ignored are the words @code{left}, @code{right},
14610 @code{mark}, and @code{lineup}.  Quotation marks in @dfn{eqn} mode input
14611 are treated the same as curly braces: @samp{sqrt "1+x"} is equivalent to
14612 @samp{sqrt @{1+x@}}; this is only an approximation to the true meaning
14613 of quotes in @dfn{eqn}, but it is good enough for most uses.
14615 Accent codes (@samp{@var{x} dot}) are handled by treating them as
14616 function calls (@samp{dot(@var{x})}) internally.  
14617 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a table of these accent
14618 functions.  The @code{prime} accent is treated specially if it occurs on
14619 a variable or function name: @samp{f prime prime @w{( x prime )}} is
14620 stored internally as @samp{f'@w{'}(x')}.  For example, taking the
14621 derivative of @samp{f(2 x)} with @kbd{a d x} will produce @samp{2 f'(2
14622 x)}, which @dfn{eqn} mode will display as @samp{2 f prime ( 2 x )}.
14624 Assignments are written with the @samp{<-} (left-arrow) symbol,
14625 and @code{evalto} operators are written with @samp{->} or
14626 @samp{evalto ... ->} (@pxref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a discussion
14627 of this).  The regular Calc symbols @samp{:=} and @samp{=>} are also
14628 recognized for these operators during reading.
14630 Vectors in @dfn{eqn} mode use regular Calc square brackets, but
14631 matrices are formatted as @samp{matrix @{ ccol @{ a above b @} ... @}}.
14632 The words @code{lcol} and @code{rcol} are recognized as synonyms
14633 for @code{ccol} during input, and are generated instead of @code{ccol}
14634 if the matrix justification mode so specifies.
14636 @node Mathematica Language Mode, Maple Language Mode, Eqn Language Mode, Language Modes
14637 @subsection Mathematica Language Mode
14639 @noindent
14640 @kindex d M
14641 @pindex calc-mathematica-language
14642 @cindex Mathematica language
14643 The @kbd{d M} (@code{calc-mathematica-language}) command selects the
14644 conventions of Mathematica, a powerful and popular mathematical tool
14645 from Wolfram Research, Inc.  Notable differences in Mathematica mode
14646 are that the names of built-in functions are capitalized, and function
14647 calls use square brackets instead of parentheses.  Thus the Calc
14648 formula @samp{sin(2 x)} is entered and displayed @w{@samp{Sin[2 x]}} in
14649 Mathematica mode.
14651 Vectors and matrices use curly braces in Mathematica.  Complex numbers
14652 are written @samp{3 + 4 I}.  The standard special constants in Calc are
14653 written @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, @code{GoldenRatio}, @code{EulerGamma},
14654 @code{Infinity}, @code{ComplexInfinity}, and @code{Indeterminate} in
14655 Mathematica mode.
14656 Non-decimal numbers are written, e.g., @samp{16^^7fff}.  Floating-point
14657 numbers in scientific notation are written @samp{1.23*10.^3}.
14658 Subscripts use double square brackets: @samp{a[[i]]}.
14660 @node Maple Language Mode, Compositions, Mathematica Language Mode, Language Modes
14661 @subsection Maple Language Mode
14663 @noindent
14664 @kindex d W
14665 @pindex calc-maple-language
14666 @cindex Maple language
14667 The @kbd{d W} (@code{calc-maple-language}) command selects the
14668 conventions of Maple, another mathematical tool from the University
14669 of Waterloo.
14671 Maple's language is much like C.  Underscores are allowed in symbol
14672 names; square brackets are used for subscripts; explicit @samp{*}s for
14673 multiplications are required.  Use either @samp{^} or @samp{**} to
14674 denote powers.
14676 Maple uses square brackets for lists and curly braces for sets.  Calc
14677 interprets both notations as vectors, and displays vectors with square
14678 brackets.  This means Maple sets will be converted to lists when they
14679 pass through Calc.  As a special case, matrices are written as calls
14680 to the function @code{matrix}, given a list of lists as the argument,
14681 and can be read in this form or with all-capitals @code{MATRIX}.
14683 The Maple interval notation @samp{2 .. 3} has no surrounding brackets;
14684 Calc reads @samp{2 .. 3} as the closed interval @samp{[2 .. 3]}, and
14685 writes any kind of interval as @samp{2 .. 3}.  This means you cannot
14686 see the difference between an open and a closed interval while in
14687 Maple display mode.
14689 Maple writes complex numbers as @samp{3 + 4*I}.  Its special constants
14690 are @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, and @code{infinity} (all three of
14691 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} display as @code{infinity}).
14692 Floating-point numbers are written @samp{1.23*10.^3}.
14694 Among things not currently handled by Calc's Maple mode are the
14695 various quote symbols, procedures and functional operators, and
14696 inert (@samp{&}) operators.
14698 @node Compositions, Syntax Tables, Maple Language Mode, Language Modes
14699 @subsection Compositions
14701 @noindent
14702 @cindex Compositions
14703 There are several @dfn{composition functions} which allow you to get
14704 displays in a variety of formats similar to those in Big language
14705 mode.  Most of these functions do not evaluate to anything; they are
14706 placeholders which are left in symbolic form by Calc's evaluator but
14707 are recognized by Calc's display formatting routines.
14709 Two of these, @code{string} and @code{bstring}, are described elsewhere.
14710 @xref{Strings}.  For example, @samp{string("ABC")} is displayed as
14711 @samp{ABC}.  When viewed on the stack it will be indistinguishable from
14712 the variable @code{ABC}, but internally it will be stored as
14713 @samp{string([65, 66, 67])} and can still be manipulated this way; for
14714 example, the selection and vector commands @kbd{j 1 v v j u} would
14715 select the vector portion of this object and reverse the elements, then
14716 deselect to reveal a string whose characters had been reversed.
14718 The composition functions do the same thing in all language modes
14719 (although their components will of course be formatted in the current
14720 language mode).  The one exception is Unformatted mode (@kbd{d U}),
14721 which does not give the composition functions any special treatment.
14722 The functions are discussed here because of their relationship to
14723 the language modes.
14725 @menu
14726 * Composition Basics::
14727 * Horizontal Compositions::
14728 * Vertical Compositions::
14729 * Other Compositions::
14730 * Information about Compositions::
14731 * User-Defined Compositions::
14732 @end menu
14734 @node Composition Basics, Horizontal Compositions, Compositions, Compositions
14735 @subsubsection Composition Basics
14737 @noindent
14738 Compositions are generally formed by stacking formulas together
14739 horizontally or vertically in various ways.  Those formulas are
14740 themselves compositions.  @TeX{} users will find this analogous
14741 to @TeX{}'s ``boxes.''  Each multi-line composition has a
14742 @dfn{baseline}; horizontal compositions use the baselines to
14743 decide how formulas should be positioned relative to one another.
14744 For example, in the Big mode formula
14746 @example
14747 @group
14748           2
14749      a + b
14750 17 + ------
14751        c
14752 @end group
14753 @end example
14755 @noindent
14756 the second term of the sum is four lines tall and has line three as
14757 its baseline.  Thus when the term is combined with 17, line three
14758 is placed on the same level as the baseline of 17.
14760 @tex
14761 \bigskip
14762 @end tex
14764 Another important composition concept is @dfn{precedence}.  This is
14765 an integer that represents the binding strength of various operators.
14766 For example, @samp{*} has higher precedence (195) than @samp{+} (180),
14767 which means that @samp{(a * b) + c} will be formatted without the
14768 parentheses, but @samp{a * (b + c)} will keep the parentheses.
14770 The operator table used by normal and Big language modes has the
14771 following precedences:
14773 @example
14774 _     1200   @r{(subscripts)}
14775 %     1100   @r{(as in n}%@r{)}
14776 -     1000   @r{(as in }-@r{n)}
14777 !     1000   @r{(as in }!@r{n)}
14778 mod    400
14779 +/-    300
14780 !!     210    @r{(as in n}!!@r{)}
14781 !      210    @r{(as in n}!@r{)}
14782 ^      200
14783 *      195    @r{(or implicit multiplication)}
14784 / % \  190
14785 + -    180    @r{(as in a}+@r{b)}
14786 |      170
14787 < =    160    @r{(and other relations)}
14788 &&     110
14789 ||     100
14790 ? :     90
14791 !!!     85
14792 &&&     80
14793 |||     75
14794 :=      50
14795 ::      45
14796 =>      40
14797 @end example
14799 The general rule is that if an operator with precedence @expr{n}
14800 occurs as an argument to an operator with precedence @expr{m}, then
14801 the argument is enclosed in parentheses if @expr{n < m}.  Top-level
14802 expressions and expressions which are function arguments, vector
14803 components, etc., are formatted with precedence zero (so that they
14804 normally never get additional parentheses).
14806 For binary left-associative operators like @samp{+}, the righthand
14807 argument is actually formatted with one-higher precedence than shown
14808 in the table.  This makes sure @samp{(a + b) + c} omits the parentheses,
14809 but the unnatural form @samp{a + (b + c)} keeps its parentheses.
14810 Right-associative operators like @samp{^} format the lefthand argument
14811 with one-higher precedence.
14813 @ignore
14814 @starindex
14815 @end ignore
14816 @tindex cprec
14817 The @code{cprec} function formats an expression with an arbitrary
14818 precedence.  For example, @samp{cprec(abc, 185)} will combine into
14819 sums and products as follows:  @samp{7 + abc}, @samp{7 (abc)} (because
14820 this @code{cprec} form has higher precedence than addition, but lower
14821 precedence than multiplication).
14823 @tex
14824 \bigskip
14825 @end tex
14827 A final composition issue is @dfn{line breaking}.  Calc uses two
14828 different strategies for ``flat'' and ``non-flat'' compositions.
14829 A non-flat composition is anything that appears on multiple lines
14830 (not counting line breaking).  Examples would be matrices and Big
14831 mode powers and quotients.  Non-flat compositions are displayed
14832 exactly as specified.  If they come out wider than the current
14833 window, you must use horizontal scrolling (@kbd{<} and @kbd{>}) to
14834 view them.
14836 Flat compositions, on the other hand, will be broken across several
14837 lines if they are too wide to fit the window.  Certain points in a
14838 composition are noted internally as @dfn{break points}.  Calc's
14839 general strategy is to fill each line as much as possible, then to
14840 move down to the next line starting at the first break point that
14841 didn't fit.  However, the line breaker understands the hierarchical
14842 structure of formulas.  It will not break an ``inner'' formula if
14843 it can use an earlier break point from an ``outer'' formula instead.
14844 For example, a vector of sums might be formatted as:
14846 @example
14847 @group
14848 [ a + b + c, d + e + f,
14849   g + h + i, j + k + l, m ]
14850 @end group
14851 @end example
14853 @noindent
14854 If the @samp{m} can fit, then so, it seems, could the @samp{g}.
14855 But Calc prefers to break at the comma since the comma is part
14856 of a ``more outer'' formula.  Calc would break at a plus sign
14857 only if it had to, say, if the very first sum in the vector had
14858 itself been too large to fit.
14860 Of the composition functions described below, only @code{choriz}
14861 generates break points.  The @code{bstring} function (@pxref{Strings})
14862 also generates breakable items:  A break point is added after every
14863 space (or group of spaces) except for spaces at the very beginning or
14864 end of the string.
14866 Composition functions themselves count as levels in the formula
14867 hierarchy, so a @code{choriz} that is a component of a larger
14868 @code{choriz} will be less likely to be broken.  As a special case,
14869 if a @code{bstring} occurs as a component of a @code{choriz} or
14870 @code{choriz}-like object (such as a vector or a list of arguments
14871 in a function call), then the break points in that @code{bstring}
14872 will be on the same level as the break points of the surrounding
14873 object.
14875 @node Horizontal Compositions, Vertical Compositions, Composition Basics, Compositions
14876 @subsubsection Horizontal Compositions
14878 @noindent
14879 @ignore
14880 @starindex
14881 @end ignore
14882 @tindex choriz
14883 The @code{choriz} function takes a vector of objects and composes
14884 them horizontally.  For example, @samp{choriz([17, a b/c, d])} formats
14885 as @w{@samp{17a b / cd}} in Normal language mode, or as
14887 @example
14888 @group
14889   a b
14890 17---d
14891    c
14892 @end group
14893 @end example
14895 @noindent
14896 in Big language mode.  This is actually one case of the general
14897 function @samp{choriz(@var{vec}, @var{sep}, @var{prec})}, where
14898 either or both of @var{sep} and @var{prec} may be omitted.
14899 @var{Prec} gives the @dfn{precedence} to use when formatting
14900 each of the components of @var{vec}.  The default precedence is
14901 the precedence from the surrounding environment.
14903 @var{Sep} is a string (i.e., a vector of character codes as might
14904 be entered with @code{" "} notation) which should separate components
14905 of the composition.  Also, if @var{sep} is given, the line breaker
14906 will allow lines to be broken after each occurrence of @var{sep}.
14907 If @var{sep} is omitted, the composition will not be breakable
14908 (unless any of its component compositions are breakable).
14910 For example, @samp{2 choriz([a, b c, d = e], " + ", 180)} is
14911 formatted as @samp{2 a + b c + (d = e)}.  To get the @code{choriz}
14912 to have precedence 180 ``outwards'' as well as ``inwards,''
14913 enclose it in a @code{cprec} form:  @samp{2 cprec(choriz(...), 180)}
14914 formats as @samp{2 (a + b c + (d = e))}.
14916 The baseline of a horizontal composition is the same as the
14917 baselines of the component compositions, which are all aligned.
14919 @node Vertical Compositions, Other Compositions, Horizontal Compositions, Compositions
14920 @subsubsection Vertical Compositions
14922 @noindent
14923 @ignore
14924 @starindex
14925 @end ignore
14926 @tindex cvert
14927 The @code{cvert} function makes a vertical composition.  Each
14928 component of the vector is centered in a column.  The baseline of
14929 the result is by default the top line of the resulting composition.
14930 For example, @samp{f(cvert([a, bb, ccc]), cvert([a^2 + 1, b^2]))}
14931 formats in Big mode as
14933 @example
14934 @group
14935 f( a ,  2    )
14936   bb   a  + 1
14937   ccc     2
14938          b
14939 @end group
14940 @end example
14942 @ignore
14943 @starindex
14944 @end ignore
14945 @tindex cbase
14946 There are several special composition functions that work only as
14947 components of a vertical composition.  The @code{cbase} function
14948 controls the baseline of the vertical composition; the baseline
14949 will be the same as the baseline of whatever component is enclosed
14950 in @code{cbase}.  Thus @samp{f(cvert([a, cbase(bb), ccc]),
14951 cvert([a^2 + 1, cbase(b^2)]))} displays as
14953 @example
14954 @group
14955         2
14956        a  + 1
14957    a      2
14958 f(bb ,   b   )
14959   ccc
14960 @end group
14961 @end example
14963 @ignore
14964 @starindex
14965 @end ignore
14966 @tindex ctbase
14967 @ignore
14968 @starindex
14969 @end ignore
14970 @tindex cbbase
14971 There are also @code{ctbase} and @code{cbbase} functions which
14972 make the baseline of the vertical composition equal to the top
14973 or bottom line (rather than the baseline) of that component.
14974 Thus @samp{cvert([cbase(a / b)]) + cvert([ctbase(a / b)]) +
14975 cvert([cbbase(a / b)])} gives
14977 @example
14978 @group
14979         a
14980 a       -
14981 - + a + b
14982 b   -
14983     b
14984 @end group
14985 @end example
14987 There should be only one @code{cbase}, @code{ctbase}, or @code{cbbase}
14988 function in a given vertical composition.  These functions can also
14989 be written with no arguments:  @samp{ctbase()} is a zero-height object
14990 which means the baseline is the top line of the following item, and
14991 @samp{cbbase()} means the baseline is the bottom line of the preceding
14992 item.
14994 @ignore
14995 @starindex
14996 @end ignore
14997 @tindex crule
14998 The @code{crule} function builds a ``rule,'' or horizontal line,
14999 across a vertical composition.  By itself @samp{crule()} uses @samp{-}
15000 characters to build the rule.  You can specify any other character,
15001 e.g., @samp{crule("=")}.  The argument must be a character code or
15002 vector of exactly one character code.  It is repeated to match the
15003 width of the widest item in the stack.  For example, a quotient
15004 with a thick line is @samp{cvert([a + 1, cbase(crule("=")), b^2])}:
15006 @example
15007 @group
15008 a + 1
15009 =====
15010   2
15012 @end group
15013 @end example
15015 @ignore
15016 @starindex
15017 @end ignore
15018 @tindex clvert
15019 @ignore
15020 @starindex
15021 @end ignore
15022 @tindex crvert
15023 Finally, the functions @code{clvert} and @code{crvert} act exactly
15024 like @code{cvert} except that the items are left- or right-justified
15025 in the stack.  Thus @samp{clvert([a, bb, ccc]) + crvert([a, bb, ccc])}
15026 gives:
15028 @example
15029 @group
15030 a   +   a
15031 bb     bb
15032 ccc   ccc
15033 @end group
15034 @end example
15036 Like @code{choriz}, the vertical compositions accept a second argument
15037 which gives the precedence to use when formatting the components.
15038 Vertical compositions do not support separator strings.
15040 @node Other Compositions, Information about Compositions, Vertical Compositions, Compositions
15041 @subsubsection Other Compositions
15043 @noindent
15044 @ignore
15045 @starindex
15046 @end ignore
15047 @tindex csup
15048 The @code{csup} function builds a superscripted expression.  For
15049 example, @samp{csup(a, b)} looks the same as @samp{a^b} does in Big
15050 language mode.  This is essentially a horizontal composition of
15051 @samp{a} and @samp{b}, where @samp{b} is shifted up so that its
15052 bottom line is one above the baseline.
15054 @ignore
15055 @starindex
15056 @end ignore
15057 @tindex csub
15058 Likewise, the @code{csub} function builds a subscripted expression.
15059 This shifts @samp{b} down so that its top line is one below the
15060 bottom line of @samp{a} (note that this is not quite analogous to
15061 @code{csup}).  Other arrangements can be obtained by using
15062 @code{choriz} and @code{cvert} directly.
15064 @ignore
15065 @starindex
15066 @end ignore
15067 @tindex cflat
15068 The @code{cflat} function formats its argument in ``flat'' mode,
15069 as obtained by @samp{d O}, if the current language mode is normal
15070 or Big.  It has no effect in other language modes.  For example,
15071 @samp{a^(b/c)} is formatted by Big mode like @samp{csup(a, cflat(b/c))}
15072 to improve its readability.
15074 @ignore
15075 @starindex
15076 @end ignore
15077 @tindex cspace
15078 The @code{cspace} function creates horizontal space.  For example,
15079 @samp{cspace(4)} is effectively the same as @samp{string("    ")}.
15080 A second string (i.e., vector of characters) argument is repeated
15081 instead of the space character.  For example, @samp{cspace(4, "ab")}
15082 looks like @samp{abababab}.  If the second argument is not a string,
15083 it is formatted in the normal way and then several copies of that
15084 are composed together:  @samp{cspace(4, a^2)} yields
15086 @example
15087 @group
15088  2 2 2 2
15089 a a a a
15090 @end group
15091 @end example
15093 @noindent
15094 If the number argument is zero, this is a zero-width object.
15096 @ignore
15097 @starindex
15098 @end ignore
15099 @tindex cvspace
15100 The @code{cvspace} function creates vertical space, or a vertical
15101 stack of copies of a certain string or formatted object.  The
15102 baseline is the center line of the resulting stack.  A numerical
15103 argument of zero will produce an object which contributes zero
15104 height if used in a vertical composition.
15106 @ignore
15107 @starindex
15108 @end ignore
15109 @tindex ctspace
15110 @ignore
15111 @starindex
15112 @end ignore
15113 @tindex cbspace
15114 There are also @code{ctspace} and @code{cbspace} functions which
15115 create vertical space with the baseline the same as the baseline
15116 of the top or bottom copy, respectively, of the second argument.
15117 Thus @samp{cvspace(2, a/b) + ctspace(2, a/b) + cbspace(2, a/b)}
15118 displays as:
15120 @example
15121 @group
15122         a
15123         -
15124 a       b
15125 -   a   a
15126 b + - + -
15127 a   b   b
15128 -   a
15129 b   -
15130     b
15131 @end group
15132 @end example
15134 @node Information about Compositions, User-Defined Compositions, Other Compositions, Compositions
15135 @subsubsection Information about Compositions
15137 @noindent
15138 The functions in this section are actual functions; they compose their
15139 arguments according to the current language and other display modes,
15140 then return a certain measurement of the composition as an integer.
15142 @ignore
15143 @starindex
15144 @end ignore
15145 @tindex cwidth
15146 The @code{cwidth} function measures the width, in characters, of a
15147 composition.  For example, @samp{cwidth(a + b)} is 5, and
15148 @samp{cwidth(a / b)} is 5 in Normal mode, 1 in Big mode, and 11 in
15149 @TeX{} mode (for @samp{@{a \over b@}}).  The argument may involve
15150 the composition functions described in this section.
15152 @ignore
15153 @starindex
15154 @end ignore
15155 @tindex cheight
15156 The @code{cheight} function measures the height of a composition.
15157 This is the total number of lines in the argument's printed form.
15159 @ignore
15160 @starindex
15161 @end ignore
15162 @tindex cascent
15163 @ignore
15164 @starindex
15165 @end ignore
15166 @tindex cdescent
15167 The functions @code{cascent} and @code{cdescent} measure the amount
15168 of the height that is above (and including) the baseline, or below
15169 the baseline, respectively.  Thus @samp{cascent(@var{x}) + cdescent(@var{x})}
15170 always equals @samp{cheight(@var{x})}.  For a one-line formula like
15171 @samp{a + b}, @code{cascent} returns 1 and @code{cdescent} returns 0.
15172 For @samp{a / b} in Big mode, @code{cascent} returns 2 and @code{cdescent}
15173 returns 1.  The only formula for which @code{cascent} will return zero
15174 is @samp{cvspace(0)} or equivalents.
15176 @node User-Defined Compositions, , Information about Compositions, Compositions
15177 @subsubsection User-Defined Compositions
15179 @noindent
15180 @kindex Z C
15181 @pindex calc-user-define-composition
15182 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command lets you
15183 define the display format for any algebraic function.  You provide a
15184 formula containing a certain number of argument variables on the stack.
15185 Any time Calc formats a call to the specified function in the current
15186 language mode and with that number of arguments, Calc effectively
15187 replaces the function call with that formula with the arguments
15188 replaced.
15190 Calc builds the default argument list by sorting all the variable names
15191 that appear in the formula into alphabetical order.  You can edit this
15192 argument list before pressing @key{RET} if you wish.  Any variables in
15193 the formula that do not appear in the argument list will be displayed
15194 literally; any arguments that do not appear in the formula will not
15195 affect the display at all.
15197 You can define formats for built-in functions, for functions you have
15198 defined with @kbd{Z F} (@pxref{Algebraic Definitions}), or for functions
15199 which have no definitions but are being used as purely syntactic objects.
15200 You can define different formats for each language mode, and for each
15201 number of arguments, using a succession of @kbd{Z C} commands.  When
15202 Calc formats a function call, it first searches for a format defined
15203 for the current language mode (and number of arguments); if there is
15204 none, it uses the format defined for the Normal language mode.  If
15205 neither format exists, Calc uses its built-in standard format for that
15206 function (usually just @samp{@var{func}(@var{args})}).
15208 If you execute @kbd{Z C} with the number 0 on the stack instead of a
15209 formula, any defined formats for the function in the current language
15210 mode will be removed.  The function will revert to its standard format.
15212 For example, the default format for the binomial coefficient function
15213 @samp{choose(n, m)} in the Big language mode is
15215 @example
15216 @group
15218 ( )
15220 @end group
15221 @end example
15223 @noindent
15224 You might prefer the notation,
15226 @example
15227 @group
15229 n m
15230 @end group
15231 @end example
15233 @noindent
15234 To define this notation, first make sure you are in Big mode,
15235 then put the formula
15237 @smallexample
15238 choriz([cvert([cvspace(1), n]), C, cvert([cvspace(1), m])])
15239 @end smallexample
15241 @noindent
15242 on the stack and type @kbd{Z C}.  Answer the first prompt with
15243 @code{choose}.  The second prompt will be the default argument list
15244 of @samp{(C m n)}.  Edit this list to be @samp{(n m)} and press
15245 @key{RET}.  Now, try it out:  For example, turn simplification
15246 off with @kbd{m O} and enter @samp{choose(a,b) + choose(7,3)}
15247 as an algebraic entry.
15249 @example
15250 @group
15251  C  +  C
15252 a b   7 3
15253 @end group
15254 @end example
15256 As another example, let's define the usual notation for Stirling
15257 numbers of the first kind, @samp{stir1(n, m)}.  This is just like
15258 the regular format for binomial coefficients but with square brackets
15259 instead of parentheses.
15261 @smallexample
15262 choriz([string("["), cvert([n, cbase(cvspace(1)), m]), string("]")])
15263 @end smallexample
15265 Now type @kbd{Z C stir1 @key{RET}}, edit the argument list to
15266 @samp{(n m)}, and type @key{RET}.
15268 The formula provided to @kbd{Z C} usually will involve composition
15269 functions, but it doesn't have to.  Putting the formula @samp{a + b + c}
15270 onto the stack and typing @kbd{Z C foo @key{RET} @key{RET}} would define
15271 the function @samp{foo(x,y,z)} to display like @samp{x + y + z}.
15272 This ``sum'' will act exactly like a real sum for all formatting
15273 purposes (it will be parenthesized the same, and so on).  However
15274 it will be computationally unrelated to a sum.  For example, the
15275 formula @samp{2 * foo(1, 2, 3)} will display as @samp{2 (1 + 2 + 3)}.
15276 Operator precedences have caused the ``sum'' to be written in
15277 parentheses, but the arguments have not actually been summed.
15278 (Generally a display format like this would be undesirable, since
15279 it can easily be confused with a real sum.)
15281 The special function @code{eval} can be used inside a @kbd{Z C}
15282 composition formula to cause all or part of the formula to be
15283 evaluated at display time.  For example, if the formula is
15284 @samp{a + eval(b + c)}, then @samp{foo(1, 2, 3)} will be displayed
15285 as @samp{1 + 5}.  Evaluation will use the default simplifications,
15286 regardless of the current simplification mode.  There are also
15287 @code{evalsimp} and @code{evalextsimp} which simplify as if by
15288 @kbd{a s} and @kbd{a e} (respectively).  Note that these ``functions''
15289 operate only in the context of composition formulas (and also in
15290 rewrite rules, where they serve a similar purpose; @pxref{Rewrite
15291 Rules}).  On the stack, a call to @code{eval} will be left in
15292 symbolic form.
15294 It is not a good idea to use @code{eval} except as a last resort.
15295 It can cause the display of formulas to be extremely slow.  For
15296 example, while @samp{eval(a + b)} might seem quite fast and simple,
15297 there are several situations where it could be slow.  For example,
15298 @samp{a} and/or @samp{b} could be polar complex numbers, in which
15299 case doing the sum requires trigonometry.  Or, @samp{a} could be
15300 the factorial @samp{fact(100)} which is unevaluated because you
15301 have typed @kbd{m O}; @code{eval} will evaluate it anyway to
15302 produce a large, unwieldy integer.
15304 You can save your display formats permanently using the @kbd{Z P}
15305 command (@pxref{Creating User Keys}).
15307 @node Syntax Tables, , Compositions, Language Modes
15308 @subsection Syntax Tables
15310 @noindent
15311 @cindex Syntax tables
15312 @cindex Parsing formulas, customized
15313 Syntax tables do for input what compositions do for output:  They
15314 allow you to teach custom notations to Calc's formula parser.
15315 Calc keeps a separate syntax table for each language mode.
15317 (Note that the Calc ``syntax tables'' discussed here are completely
15318 unrelated to the syntax tables described in the Emacs manual.)
15320 @kindex Z S
15321 @pindex calc-edit-user-syntax
15322 The @kbd{Z S} (@code{calc-edit-user-syntax}) command edits the
15323 syntax table for the current language mode.  If you want your
15324 syntax to work in any language, define it in the Normal language
15325 mode.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing the syntax table, or
15326 @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @kbd{m m} command saves all
15327 the syntax tables along with the other mode settings;
15328 @pxref{General Mode Commands}.
15330 @menu
15331 * Syntax Table Basics::
15332 * Precedence in Syntax Tables::
15333 * Advanced Syntax Patterns::
15334 * Conditional Syntax Rules::
15335 @end menu
15337 @node Syntax Table Basics, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables, Syntax Tables
15338 @subsubsection Syntax Table Basics
15340 @noindent
15341 @dfn{Parsing} is the process of converting a raw string of characters,
15342 such as you would type in during algebraic entry, into a Calc formula.
15343 Calc's parser works in two stages.  First, the input is broken down
15344 into @dfn{tokens}, such as words, numbers, and punctuation symbols
15345 like @samp{+}, @samp{:=}, and @samp{+/-}.  Space between tokens is
15346 ignored (except when it serves to separate adjacent words).  Next,
15347 the parser matches this string of tokens against various built-in
15348 syntactic patterns, such as ``an expression followed by @samp{+}
15349 followed by another expression'' or ``a name followed by @samp{(},
15350 zero or more expressions separated by commas, and @samp{)}.''
15352 A @dfn{syntax table} is a list of user-defined @dfn{syntax rules},
15353 which allow you to specify new patterns to define your own
15354 favorite input notations.  Calc's parser always checks the syntax
15355 table for the current language mode, then the table for the Normal
15356 language mode, before it uses its built-in rules to parse an
15357 algebraic formula you have entered.  Each syntax rule should go on
15358 its own line; it consists of a @dfn{pattern}, a @samp{:=} symbol,
15359 and a Calc formula with an optional @dfn{condition}.  (Syntax rules
15360 resemble algebraic rewrite rules, but the notation for patterns is
15361 completely different.)
15363 A syntax pattern is a list of tokens, separated by spaces.
15364 Except for a few special symbols, tokens in syntax patterns are
15365 matched literally, from left to right.  For example, the rule,
15367 @example
15368 foo ( ) := 2+3
15369 @end example
15371 @noindent
15372 would cause Calc to parse the formula @samp{4+foo()*5} as if it
15373 were @samp{4+(2+3)*5}.  Notice that the parentheses were written
15374 as two separate tokens in the rule.  As a result, the rule works
15375 for both @samp{foo()} and @w{@samp{foo (  )}}.  If we had written
15376 the rule as @samp{foo () := 2+3}, then Calc would treat @samp{()}
15377 as a single, indivisible token, so that @w{@samp{foo( )}} would
15378 not be recognized by the rule.  (It would be parsed as a regular
15379 zero-argument function call instead.)  In fact, this rule would
15380 also make trouble for the rest of Calc's parser:  An unrelated
15381 formula like @samp{bar()} would now be tokenized into @samp{bar ()}
15382 instead of @samp{bar ( )}, so that the standard parser for function
15383 calls would no longer recognize it!
15385 While it is possible to make a token with a mixture of letters
15386 and punctuation symbols, this is not recommended.  It is better to
15387 break it into several tokens, as we did with @samp{foo()} above.
15389 The symbol @samp{#} in a syntax pattern matches any Calc expression.
15390 On the righthand side, the things that matched the @samp{#}s can
15391 be referred to as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on (where @samp{#1}
15392 matches the leftmost @samp{#} in the pattern).  For example, these
15393 rules match a user-defined function, prefix operator, infix operator,
15394 and postfix operator, respectively:
15396 @example
15397 foo ( # ) := myfunc(#1)
15398 foo # := myprefix(#1)
15399 # foo # := myinfix(#1,#2)
15400 # foo := mypostfix(#1)
15401 @end example
15403 Thus @samp{foo(3)} will parse as @samp{myfunc(3)}, and @samp{2+3 foo}
15404 will parse as @samp{mypostfix(2+3)}.
15406 It is important to write the first two rules in the order shown,
15407 because Calc tries rules in order from first to last.  If the
15408 pattern @samp{foo #} came first, it would match anything that could
15409 match the @samp{foo ( # )} rule, since an expression in parentheses
15410 is itself a valid expression.  Thus the @w{@samp{foo ( # )}} rule would
15411 never get to match anything.  Likewise, the last two rules must be
15412 written in the order shown or else @samp{3 foo 4} will be parsed as
15413 @samp{mypostfix(3) * 4}.  (Of course, the best way to avoid these
15414 ambiguities is not to use the same symbol in more than one way at
15415 the same time!  In case you're not convinced, try the following
15416 exercise:  How will the above rules parse the input @samp{foo(3,4)},
15417 if at all?  Work it out for yourself, then try it in Calc and see.)
15419 Calc is quite flexible about what sorts of patterns are allowed.
15420 The only rule is that every pattern must begin with a literal
15421 token (like @samp{foo} in the first two patterns above), or with
15422 a @samp{#} followed by a literal token (as in the last two
15423 patterns).  After that, any mixture is allowed, although putting
15424 two @samp{#}s in a row will not be very useful since two
15425 expressions with nothing between them will be parsed as one
15426 expression that uses implicit multiplication.
15428 As a more practical example, Maple uses the notation
15429 @samp{sum(a(i), i=1..10)} for sums, which Calc's Maple mode doesn't
15430 recognize at present.  To handle this syntax, we simply add the
15431 rule,
15433 @example
15434 sum ( # , # = # .. # ) := sum(#1,#2,#3,#4)
15435 @end example
15437 @noindent
15438 to the Maple mode syntax table.  As another example, C mode can't
15439 read assignment operators like @samp{++} and @samp{*=}.  We can
15440 define these operators quite easily:
15442 @example
15443 # *= # := muleq(#1,#2)
15444 # ++ := postinc(#1)
15445 ++ # := preinc(#1)
15446 @end example
15448 @noindent
15449 To complete the job, we would use corresponding composition functions
15450 and @kbd{Z C} to cause these functions to display in their respective
15451 Maple and C notations.  (Note that the C example ignores issues of
15452 operator precedence, which are discussed in the next section.)
15454 You can enclose any token in quotes to prevent its usual
15455 interpretation in syntax patterns:
15457 @example
15458 # ":=" # := becomes(#1,#2)
15459 @end example
15461 Quotes also allow you to include spaces in a token, although once
15462 again it is generally better to use two tokens than one token with
15463 an embedded space.  To include an actual quotation mark in a quoted
15464 token, precede it with a backslash.  (This also works to include
15465 backslashes in tokens.)
15467 @example
15468 # "bad token" # "/\"\\" # := silly(#1,#2,#3)
15469 @end example
15471 @noindent
15472 This will parse @samp{3 bad token 4 /"\ 5} to @samp{silly(3,4,5)}.
15474 The token @kbd{#} has a predefined meaning in Calc's formula parser;
15475 it is not legal to use @samp{"#"} in a syntax rule.  However, longer
15476 tokens that include the @samp{#} character are allowed.  Also, while
15477 @samp{"$"} and @samp{"\""} are allowed as tokens, their presence in
15478 the syntax table will prevent those characters from working in their
15479 usual ways (referring to stack entries and quoting strings,
15480 respectively).
15482 Finally, the notation @samp{%%} anywhere in a syntax table causes
15483 the rest of the line to be ignored as a comment.
15485 @node Precedence in Syntax Tables, Advanced Syntax Patterns, Syntax Table Basics, Syntax Tables
15486 @subsubsection Precedence
15488 @noindent
15489 Different operators are generally assigned different @dfn{precedences}.
15490 By default, an operator defined by a rule like
15492 @example
15493 # foo # := foo(#1,#2)
15494 @end example
15496 @noindent
15497 will have an extremely low precedence, so that @samp{2*3+4 foo 5 == 6}
15498 will be parsed as @samp{(2*3+4) foo (5 == 6)}.  To change the
15499 precedence of an operator, use the notation @samp{#/@var{p}} in
15500 place of @samp{#}, where @var{p} is an integer precedence level.
15501 For example, 185 lies between the precedences for @samp{+} and
15502 @samp{*}, so if we change this rule to
15504 @example
15505 #/185 foo #/186 := foo(#1,#2)
15506 @end example
15508 @noindent
15509 then @samp{2+3 foo 4*5} will be parsed as @samp{2+(3 foo (4*5))}.
15510 Also, because we've given the righthand expression slightly higher
15511 precedence, our new operator will be left-associative:
15512 @samp{1 foo 2 foo 3} will be parsed as @samp{(1 foo 2) foo 3}.
15513 By raising the precedence of the lefthand expression instead, we
15514 can create a right-associative operator.
15516 @xref{Composition Basics}, for a table of precedences of the
15517 standard Calc operators.  For the precedences of operators in other
15518 language modes, look in the Calc source file @file{calc-lang.el}.
15520 @node Advanced Syntax Patterns, Conditional Syntax Rules, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables
15521 @subsubsection Advanced Syntax Patterns
15523 @noindent
15524 To match a function with a variable number of arguments, you could
15525 write
15527 @example
15528 foo ( # ) := myfunc(#1)
15529 foo ( # , # ) := myfunc(#1,#2)
15530 foo ( # , # , # ) := myfunc(#1,#2,#3)
15531 @end example
15533 @noindent
15534 but this isn't very elegant.  To match variable numbers of items,
15535 Calc uses some notations inspired regular expressions and the
15536 ``extended BNF'' style used by some language designers.
15538 @example
15539 foo ( @{ # @}*, ) := apply(myfunc,#1)
15540 @end example
15542 The token @samp{@{} introduces a repeated or optional portion.
15543 One of the three tokens @samp{@}*}, @samp{@}+}, or @samp{@}?}
15544 ends the portion.  These will match zero or more, one or more,
15545 or zero or one copies of the enclosed pattern, respectively.
15546 In addition, @samp{@}*} and @samp{@}+} can be followed by a
15547 separator token (with no space in between, as shown above).
15548 Thus @samp{@{ # @}*,} matches nothing, or one expression, or
15549 several expressions separated by commas.
15551 A complete @samp{@{ ... @}} item matches as a vector of the
15552 items that matched inside it.  For example, the above rule will
15553 match @samp{foo(1,2,3)} to get @samp{apply(myfunc,[1,2,3])}.
15554 The Calc @code{apply} function takes a function name and a vector
15555 of arguments and builds a call to the function with those
15556 arguments, so the net result is the formula @samp{myfunc(1,2,3)}.
15558 If the body of a @samp{@{ ... @}} contains several @samp{#}s
15559 (or nested @samp{@{ ... @}} constructs), then the items will be
15560 strung together into the resulting vector.  If the body
15561 does not contain anything but literal tokens, the result will
15562 always be an empty vector.
15564 @example
15565 foo ( @{ # , # @}+, ) := bar(#1)
15566 foo ( @{ @{ # @}*, @}*; ) := matrix(#1)
15567 @end example
15569 @noindent
15570 will parse @samp{foo(1, 2, 3, 4)} as @samp{bar([1, 2, 3, 4])}, and
15571 @samp{foo(1, 2; 3, 4)} as @samp{matrix([[1, 2], [3, 4]])}.  Also, after
15572 some thought it's easy to see how this pair of rules will parse
15573 @samp{foo(1, 2, 3)} as @samp{matrix([[1, 2, 3]])}, since the first
15574 rule will only match an even number of arguments.  The rule
15576 @example
15577 foo ( # @{ , # , # @}? ) := bar(#1,#2)
15578 @end example
15580 @noindent
15581 will parse @samp{foo(2,3,4)} as @samp{bar(2,[3,4])}, and
15582 @samp{foo(2)} as @samp{bar(2,[])}.
15584 The notation @samp{@{ ... @}?.} (note the trailing period) works
15585 just the same as regular @samp{@{ ... @}?}, except that it does not
15586 count as an argument; the following two rules are equivalent:
15588 @example
15589 foo ( # , @{ also @}? # ) := bar(#1,#3)
15590 foo ( # , @{ also @}?. # ) := bar(#1,#2)
15591 @end example
15593 @noindent
15594 Note that in the first case the optional text counts as @samp{#2},
15595 which will always be an empty vector, but in the second case no
15596 empty vector is produced.
15598 Another variant is @samp{@{ ... @}?$}, which means the body is
15599 optional only at the end of the input formula.  All built-in syntax
15600 rules in Calc use this for closing delimiters, so that during
15601 algebraic entry you can type @kbd{[sqrt(2), sqrt(3 @key{RET}}, omitting
15602 the closing parenthesis and bracket.  Calc does this automatically
15603 for trailing @samp{)}, @samp{]}, and @samp{>} tokens in syntax
15604 rules, but you can use @samp{@{ ... @}?$} explicitly to get
15605 this effect with any token (such as @samp{"@}"} or @samp{end}).
15606 Like @samp{@{ ... @}?.}, this notation does not count as an
15607 argument.  Conversely, you can use quotes, as in @samp{")"}, to
15608 prevent a closing-delimiter token from being automatically treated
15609 as optional.
15611 Calc's parser does not have full backtracking, which means some
15612 patterns will not work as you might expect:
15614 @example
15615 foo ( @{ # , @}? # , # ) := bar(#1,#2,#3)
15616 @end example
15618 @noindent
15619 Here we are trying to make the first argument optional, so that
15620 @samp{foo(2,3)} parses as @samp{bar([],2,3)}.  Unfortunately, Calc
15621 first tries to match @samp{2,} against the optional part of the
15622 pattern, finds a match, and so goes ahead to match the rest of the
15623 pattern.  Later on it will fail to match the second comma, but it
15624 doesn't know how to go back and try the other alternative at that
15625 point.  One way to get around this would be to use two rules:
15627 @example
15628 foo ( # , # , # ) := bar([#1],#2,#3)
15629 foo ( # , # ) := bar([],#1,#2)
15630 @end example
15632 More precisely, when Calc wants to match an optional or repeated
15633 part of a pattern, it scans forward attempting to match that part.
15634 If it reaches the end of the optional part without failing, it
15635 ``finalizes'' its choice and proceeds.  If it fails, though, it
15636 backs up and tries the other alternative.  Thus Calc has ``partial''
15637 backtracking.  A fully backtracking parser would go on to make sure
15638 the rest of the pattern matched before finalizing the choice.
15640 @node Conditional Syntax Rules, , Advanced Syntax Patterns, Syntax Tables
15641 @subsubsection Conditional Syntax Rules
15643 @noindent
15644 It is possible to attach a @dfn{condition} to a syntax rule.  For
15645 example, the rules
15647 @example
15648 foo ( # ) := ifoo(#1) :: integer(#1)
15649 foo ( # ) := gfoo(#1)
15650 @end example
15652 @noindent
15653 will parse @samp{foo(3)} as @samp{ifoo(3)}, but will parse
15654 @samp{foo(3.5)} and @samp{foo(x)} as calls to @code{gfoo}.  Any
15655 number of conditions may be attached; all must be true for the
15656 rule to succeed.  A condition is ``true'' if it evaluates to a
15657 nonzero number.  @xref{Logical Operations}, for a list of Calc
15658 functions like @code{integer} that perform logical tests.
15660 The exact sequence of events is as follows:  When Calc tries a
15661 rule, it first matches the pattern as usual.  It then substitutes
15662 @samp{#1}, @samp{#2}, etc., in the conditions, if any.  Next, the
15663 conditions are simplified and evaluated in order from left to right,
15664 as if by the @w{@kbd{a s}} algebra command (@pxref{Simplifying Formulas}).
15665 Each result is true if it is a nonzero number, or an expression
15666 that can be proven to be nonzero (@pxref{Declarations}).  If the
15667 results of all conditions are true, the expression (such as
15668 @samp{ifoo(#1)}) has its @samp{#}s substituted, and that is the
15669 result of the parse.  If the result of any condition is false, Calc
15670 goes on to try the next rule in the syntax table.
15672 Syntax rules also support @code{let} conditions, which operate in
15673 exactly the same way as they do in algebraic rewrite rules.
15674 @xref{Other Features of Rewrite Rules}, for details.  A @code{let}
15675 condition is always true, but as a side effect it defines a
15676 variable which can be used in later conditions, and also in the
15677 expression after the @samp{:=} sign:
15679 @example
15680 foo ( # ) := hifoo(x) :: let(x := #1 + 0.5) :: dnumint(x)
15681 @end example
15683 @noindent
15684 The @code{dnumint} function tests if a value is numerically an
15685 integer, i.e., either a true integer or an integer-valued float.
15686 This rule will parse @code{foo} with a half-integer argument,
15687 like @samp{foo(3.5)}, to a call like @samp{hifoo(4.)}.
15689 The lefthand side of a syntax rule @code{let} must be a simple
15690 variable, not the arbitrary pattern that is allowed in rewrite
15691 rules.
15693 The @code{matches} function is also treated specially in syntax
15694 rule conditions (again, in the same way as in rewrite rules).
15695 @xref{Matching Commands}.  If the matching pattern contains
15696 meta-variables, then those meta-variables may be used in later
15697 conditions and in the result expression.  The arguments to
15698 @code{matches} are not evaluated in this situation.
15700 @example
15701 sum ( # , # ) := sum(#1,a,b,c) :: matches(#2, a=[b..c])
15702 @end example
15704 @noindent
15705 This is another way to implement the Maple mode @code{sum} notation.
15706 In this approach, we allow @samp{#2} to equal the whole expression
15707 @samp{i=1..10}.  Then, we use @code{matches} to break it apart into
15708 its components.  If the expression turns out not to match the pattern,
15709 the syntax rule will fail.  Note that @kbd{Z S} always uses Calc's
15710 Normal language mode for editing expressions in syntax rules, so we
15711 must use regular Calc notation for the interval @samp{[b..c]} that
15712 will correspond to the Maple mode interval @samp{1..10}.
15714 @node Modes Variable, Calc Mode Line, Language Modes, Mode Settings
15715 @section The @code{Modes} Variable
15717 @noindent
15718 @kindex m g
15719 @pindex calc-get-modes
15720 The @kbd{m g} (@code{calc-get-modes}) command pushes onto the stack
15721 a vector of numbers that describes the various mode settings that
15722 are in effect.  With a numeric prefix argument, it pushes only the
15723 @var{n}th mode, i.e., the @var{n}th element of this vector.  Keyboard
15724 macros can use the @kbd{m g} command to modify their behavior based
15725 on the current mode settings.
15727 @cindex @code{Modes} variable
15728 @vindex Modes
15729 The modes vector is also available in the special variable
15730 @code{Modes}.  In other words, @kbd{m g} is like @kbd{s r Modes @key{RET}}.
15731 It will not work to store into this variable; in fact, if you do,
15732 @code{Modes} will cease to track the current modes.  (The @kbd{m g}
15733 command will continue to work, however.)
15735 In general, each number in this vector is suitable as a numeric
15736 prefix argument to the associated mode-setting command.  (Recall
15737 that the @kbd{~} key takes a number from the stack and gives it as
15738 a numeric prefix to the next command.)
15740 The elements of the modes vector are as follows:
15742 @enumerate
15743 @item
15744 Current precision.  Default is 12; associated command is @kbd{p}.
15746 @item
15747 Binary word size.  Default is 32; associated command is @kbd{b w}.
15749 @item
15750 Stack size (not counting the value about to be pushed by @kbd{m g}).
15751 This is zero if @kbd{m g} is executed with an empty stack.
15753 @item
15754 Number radix.  Default is 10; command is @kbd{d r}.
15756 @item
15757 Floating-point format.  This is the number of digits, plus the
15758 constant 0 for normal notation, 10000 for scientific notation,
15759 20000 for engineering notation, or 30000 for fixed-point notation.
15760 These codes are acceptable as prefix arguments to the @kbd{d n}
15761 command, but note that this may lose information:  For example,
15762 @kbd{d s} and @kbd{C-u 12 d s} have similar (but not quite
15763 identical) effects if the current precision is 12, but they both
15764 produce a code of 10012, which will be treated by @kbd{d n} as
15765 @kbd{C-u 12 d s}.  If the precision then changes, the float format
15766 will still be frozen at 12 significant figures.
15768 @item
15769 Angular mode.  Default is 1 (degrees).  Other values are 2 (radians)
15770 and 3 (HMS).  The @kbd{m d} command accepts these prefixes.
15772 @item
15773 Symbolic mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m s}.
15775 @item
15776 Fraction mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m f}.
15778 @item
15779 Polar mode.  Value is 0 (rectangular) or 1 (polar); default is 0.
15780 Command is @kbd{m p}.
15782 @item
15783 Matrix/Scalar mode.  Default value is @mathit{-1}.  Value is 0 for Scalar
15784 mode, @mathit{-2} for Matrix mode, or @var{N} for 
15785 @texline @math{N\times N}
15786 @infoline @var{N}x@var{N} 
15787 Matrix mode.  Command is @kbd{m v}.
15789 @item
15790 Simplification mode.  Default is 1.  Value is @mathit{-1} for off (@kbd{m O}),
15791 0 for @kbd{m N}, 2 for @kbd{m B}, 3 for @kbd{m A}, 4 for @kbd{m E},
15792 or 5 for @w{@kbd{m U}}.  The @kbd{m D} command accepts these prefixes.
15794 @item
15795 Infinite mode.  Default is @mathit{-1} (off).  Value is 1 if the mode is on,
15796 or 0 if the mode is on with positive zeros.  Command is @kbd{m i}.
15797 @end enumerate
15799 For example, the sequence @kbd{M-1 m g @key{RET} 2 + ~ p} increases the
15800 precision by two, leaving a copy of the old precision on the stack.
15801 Later, @kbd{~ p} will restore the original precision using that
15802 stack value.  (This sequence might be especially useful inside a
15803 keyboard macro.)
15805 As another example, @kbd{M-3 m g 1 - ~ @key{DEL}} deletes all but the
15806 oldest (bottommost) stack entry.
15808 Yet another example:  The HP-48 ``round'' command rounds a number
15809 to the current displayed precision.  You could roughly emulate this
15810 in Calc with the sequence @kbd{M-5 m g 10000 % ~ c c}.  (This
15811 would not work for fixed-point mode, but it wouldn't be hard to
15812 do a full emulation with the help of the @kbd{Z [} and @kbd{Z ]}
15813 programming commands.  @xref{Conditionals in Macros}.)
15815 @node Calc Mode Line, , Modes Variable, Mode Settings
15816 @section The Calc Mode Line
15818 @noindent
15819 @cindex Mode line indicators
15820 This section is a summary of all symbols that can appear on the
15821 Calc mode line, the highlighted bar that appears under the Calc
15822 stack window (or under an editing window in Embedded mode).
15824 The basic mode line format is:
15826 @example
15827 --%%-Calc: 12 Deg @var{other modes}       (Calculator)
15828 @end example
15830 The @samp{%%} is the Emacs symbol for ``read-only''; it shows that
15831 regular Emacs commands are not allowed to edit the stack buffer
15832 as if it were text.
15834 The word @samp{Calc:} changes to @samp{CalcEmbed:} if Embedded mode
15835 is enabled.  The words after this describe the various Calc modes
15836 that are in effect.
15838 The first mode is always the current precision, an integer.
15839 The second mode is always the angular mode, either @code{Deg},
15840 @code{Rad}, or @code{Hms}.
15842 Here is a complete list of the remaining symbols that can appear
15843 on the mode line:
15845 @table @code
15846 @item Alg
15847 Algebraic mode (@kbd{m a}; @pxref{Algebraic Entry}).
15849 @item Alg[(
15850 Incomplete algebraic mode (@kbd{C-u m a}).
15852 @item Alg*
15853 Total algebraic mode (@kbd{m t}).
15855 @item Symb
15856 Symbolic mode (@kbd{m s}; @pxref{Symbolic Mode}).
15858 @item Matrix
15859 Matrix mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15861 @item Matrix@var{n}
15862 Dimensioned Matrix mode (@kbd{C-u @var{n} m v}).
15864 @item Scalar
15865 Scalar mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15867 @item Polar
15868 Polar complex mode (@kbd{m p}; @pxref{Polar Mode}).
15870 @item Frac
15871 Fraction mode (@kbd{m f}; @pxref{Fraction Mode}).
15873 @item Inf
15874 Infinite mode (@kbd{m i}; @pxref{Infinite Mode}).
15876 @item +Inf
15877 Positive Infinite mode (@kbd{C-u 0 m i}).
15879 @item NoSimp
15880 Default simplifications off (@kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}).
15882 @item NumSimp
15883 Default simplifications for numeric arguments only (@kbd{m N}).
15885 @item BinSimp@var{w}
15886 Binary-integer simplification mode; word size @var{w} (@kbd{m B}, @kbd{b w}).
15888 @item AlgSimp
15889 Algebraic simplification mode (@kbd{m A}).
15891 @item ExtSimp
15892 Extended algebraic simplification mode (@kbd{m E}).
15894 @item UnitSimp
15895 Units simplification mode (@kbd{m U}).
15897 @item Bin
15898 Current radix is 2 (@kbd{d 2}; @pxref{Radix Modes}).
15900 @item Oct
15901 Current radix is 8 (@kbd{d 8}).
15903 @item Hex
15904 Current radix is 16 (@kbd{d 6}).
15906 @item Radix@var{n}
15907 Current radix is @var{n} (@kbd{d r}).
15909 @item Zero
15910 Leading zeros (@kbd{d z}; @pxref{Radix Modes}).
15912 @item Big
15913 Big language mode (@kbd{d B}; @pxref{Normal Language Modes}).
15915 @item Flat
15916 One-line normal language mode (@kbd{d O}).
15918 @item Unform
15919 Unformatted language mode (@kbd{d U}).
15921 @item C
15922 C language mode (@kbd{d C}; @pxref{C FORTRAN Pascal}).
15924 @item Pascal
15925 Pascal language mode (@kbd{d P}).
15927 @item Fortran
15928 FORTRAN language mode (@kbd{d F}).
15930 @item TeX
15931 @TeX{} language mode (@kbd{d T}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15933 @item LaTeX
15934 La@TeX{} language mode (@kbd{d L}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15936 @item Eqn
15937 @dfn{Eqn} language mode (@kbd{d E}; @pxref{Eqn Language Mode}).
15939 @item Math
15940 Mathematica language mode (@kbd{d M}; @pxref{Mathematica Language Mode}).
15942 @item Maple
15943 Maple language mode (@kbd{d W}; @pxref{Maple Language Mode}).
15945 @item Norm@var{n}
15946 Normal float mode with @var{n} digits (@kbd{d n}; @pxref{Float Formats}).
15948 @item Fix@var{n}
15949 Fixed point mode with @var{n} digits after the point (@kbd{d f}).
15951 @item Sci
15952 Scientific notation mode (@kbd{d s}).
15954 @item Sci@var{n}
15955 Scientific notation with @var{n} digits (@kbd{d s}).
15957 @item Eng
15958 Engineering notation mode (@kbd{d e}).
15960 @item Eng@var{n}
15961 Engineering notation with @var{n} digits (@kbd{d e}).
15963 @item Left@var{n}
15964 Left-justified display indented by @var{n} (@kbd{d <}; @pxref{Justification}).
15966 @item Right
15967 Right-justified display (@kbd{d >}).
15969 @item Right@var{n}
15970 Right-justified display with width @var{n} (@kbd{d >}).
15972 @item Center
15973 Centered display (@kbd{d =}).
15975 @item Center@var{n}
15976 Centered display with center column @var{n} (@kbd{d =}).
15978 @item Wid@var{n}
15979 Line breaking with width @var{n} (@kbd{d b}; @pxref{Normal Language Modes}).
15981 @item Wide
15982 No line breaking (@kbd{d b}).
15984 @item Break
15985 Selections show deep structure (@kbd{j b}; @pxref{Making Selections}).
15987 @item Save
15988 Record modes in @file{~/.calc.el} (@kbd{m R}; @pxref{General Mode Commands}).
15990 @item Local
15991 Record modes in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15993 @item LocEdit
15994 Record modes as editing-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15996 @item LocPerm
15997 Record modes as permanent-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15999 @item Global
16000 Record modes as global in Embedded buffer (@kbd{m R}).
16002 @item Manual
16003 Automatic recomputation turned off (@kbd{m C}; @pxref{Automatic
16004 Recomputation}).
16006 @item Graph
16007 GNUPLOT process is alive in background (@pxref{Graphics}).
16009 @item Sel
16010 Top-of-stack has a selection (Embedded only; @pxref{Making Selections}).
16012 @item Dirty
16013 The stack display may not be up-to-date (@pxref{Display Modes}).
16015 @item Inv
16016 ``Inverse'' prefix was pressed (@kbd{I}; @pxref{Inverse and Hyperbolic}).
16018 @item Hyp
16019 ``Hyperbolic'' prefix was pressed (@kbd{H}).
16021 @item Keep
16022 ``Keep-arguments'' prefix was pressed (@kbd{K}).
16024 @item Narrow
16025 Stack is truncated (@kbd{d t}; @pxref{Truncating the Stack}).
16026 @end table
16028 In addition, the symbols @code{Active} and @code{~Active} can appear
16029 as minor modes on an Embedded buffer's mode line.  @xref{Embedded Mode}.
16031 @node Arithmetic, Scientific Functions, Mode Settings, Top
16032 @chapter Arithmetic Functions
16034 @noindent
16035 This chapter describes the Calc commands for doing simple calculations
16036 on numbers, such as addition, absolute value, and square roots.  These
16037 commands work by removing the top one or two values from the stack,
16038 performing the desired operation, and pushing the result back onto the
16039 stack.  If the operation cannot be performed, the result pushed is a
16040 formula instead of a number, such as @samp{2/0} (because division by zero
16041 is illegal) or @samp{sqrt(x)} (because the argument @samp{x} is a formula).
16043 Most of the commands described here can be invoked by a single keystroke.
16044 Some of the more obscure ones are two-letter sequences beginning with
16045 the @kbd{f} (``functions'') prefix key.
16047 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
16048 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
16049 interpret a prefix argument.
16051 @menu
16052 * Basic Arithmetic::
16053 * Integer Truncation::
16054 * Complex Number Functions::
16055 * Conversions::
16056 * Date Arithmetic::
16057 * Financial Functions::
16058 * Binary Functions::
16059 @end menu
16061 @node Basic Arithmetic, Integer Truncation, Arithmetic, Arithmetic
16062 @section Basic Arithmetic
16064 @noindent
16065 @kindex +
16066 @pindex calc-plus
16067 @ignore
16068 @mindex @null
16069 @end ignore
16070 @tindex +
16071 The @kbd{+} (@code{calc-plus}) command adds two numbers.  The numbers may
16072 be any of the standard Calc data types.  The resulting sum is pushed back
16073 onto the stack.
16075 If both arguments of @kbd{+} are vectors or matrices (of matching dimensions),
16076 the result is a vector or matrix sum.  If one argument is a vector and the
16077 other a scalar (i.e., a non-vector), the scalar is added to each of the
16078 elements of the vector to form a new vector.  If the scalar is not a
16079 number, the operation is left in symbolic form:  Suppose you added @samp{x}
16080 to the vector @samp{[1,2]}.  You may want the result @samp{[1+x,2+x]}, or
16081 you may plan to substitute a 2-vector for @samp{x} in the future.  Since
16082 the Calculator can't tell which interpretation you want, it makes the
16083 safest assumption.  @xref{Reducing and Mapping}, for a way to add @samp{x}
16084 to every element of a vector.
16086 If either argument of @kbd{+} is a complex number, the result will in general
16087 be complex.  If one argument is in rectangular form and the other polar,
16088 the current Polar mode determines the form of the result.  If Symbolic
16089 mode is enabled, the sum may be left as a formula if the necessary
16090 conversions for polar addition are non-trivial.
16092 If both arguments of @kbd{+} are HMS forms, the forms are added according to
16093 the usual conventions of hours-minutes-seconds notation.  If one argument
16094 is an HMS form and the other is a number, that number is converted from
16095 degrees or radians (depending on the current Angular mode) to HMS format
16096 and then the two HMS forms are added.
16098 If one argument of @kbd{+} is a date form, the other can be either a
16099 real number, which advances the date by a certain number of days, or
16100 an HMS form, which advances the date by a certain amount of time.
16101 Subtracting two date forms yields the number of days between them.
16102 Adding two date forms is meaningless, but Calc interprets it as the
16103 subtraction of one date form and the negative of the other.  (The
16104 negative of a date form can be understood by remembering that dates
16105 are stored as the number of days before or after Jan 1, 1 AD.)
16107 If both arguments of @kbd{+} are error forms, the result is an error form
16108 with an appropriately computed standard deviation.  If one argument is an
16109 error form and the other is a number, the number is taken to have zero error.
16110 Error forms may have symbolic formulas as their mean and/or error parts;
16111 adding these will produce a symbolic error form result.  However, adding an
16112 error form to a plain symbolic formula (as in @samp{(a +/- b) + c}) will not
16113 work, for the same reasons just mentioned for vectors.  Instead you must
16114 write @samp{(a +/- b) + (c +/- 0)}.
16116 If both arguments of @kbd{+} are modulo forms with equal values of @expr{M},
16117 or if one argument is a modulo form and the other a plain number, the
16118 result is a modulo form which represents the sum, modulo @expr{M}, of
16119 the two values.
16121 If both arguments of @kbd{+} are intervals, the result is an interval
16122 which describes all possible sums of the possible input values.  If
16123 one argument is a plain number, it is treated as the interval
16124 @w{@samp{[x ..@: x]}}.
16126 If one argument of @kbd{+} is an infinity and the other is not, the
16127 result is that same infinity.  If both arguments are infinite and in
16128 the same direction, the result is the same infinity, but if they are
16129 infinite in different directions the result is @code{nan}.
16131 @kindex -
16132 @pindex calc-minus
16133 @ignore
16134 @mindex @null
16135 @end ignore
16136 @tindex -
16137 The @kbd{-} (@code{calc-minus}) command subtracts two values.  The top
16138 number on the stack is subtracted from the one behind it, so that the
16139 computation @kbd{5 @key{RET} 2 -} produces 3, not @mathit{-3}.  All options
16140 available for @kbd{+} are available for @kbd{-} as well.
16142 @kindex *
16143 @pindex calc-times
16144 @ignore
16145 @mindex @null
16146 @end ignore
16147 @tindex *
16148 The @kbd{*} (@code{calc-times}) command multiplies two numbers.  If one
16149 argument is a vector and the other a scalar, the scalar is multiplied by
16150 the elements of the vector to produce a new vector.  If both arguments
16151 are vectors, the interpretation depends on the dimensions of the
16152 vectors:  If both arguments are matrices, a matrix multiplication is
16153 done.  If one argument is a matrix and the other a plain vector, the
16154 vector is interpreted as a row vector or column vector, whichever is
16155 dimensionally correct.  If both arguments are plain vectors, the result
16156 is a single scalar number which is the dot product of the two vectors.
16158 If one argument of @kbd{*} is an HMS form and the other a number, the
16159 HMS form is multiplied by that amount.  It is an error to multiply two
16160 HMS forms together, or to attempt any multiplication involving date
16161 forms.  Error forms, modulo forms, and intervals can be multiplied;
16162 see the comments for addition of those forms.  When two error forms
16163 or intervals are multiplied they are considered to be statistically
16164 independent; thus, @samp{[-2 ..@: 3] * [-2 ..@: 3]} is @samp{[-6 ..@: 9]},
16165 whereas @w{@samp{[-2 ..@: 3] ^ 2}} is @samp{[0 ..@: 9]}.
16167 @kindex /
16168 @pindex calc-divide
16169 @ignore
16170 @mindex @null
16171 @end ignore
16172 @tindex /
16173 The @kbd{/} (@code{calc-divide}) command divides two numbers.  When
16174 dividing a scalar @expr{B} by a square matrix @expr{A}, the computation
16175 performed is @expr{B} times the inverse of @expr{A}.  This also occurs
16176 if @expr{B} is itself a vector or matrix, in which case the effect is
16177 to solve the set of linear equations represented by @expr{B}.  If @expr{B}
16178 is a matrix with the same number of rows as @expr{A}, or a plain vector
16179 (which is interpreted here as a column vector), then the equation
16180 @expr{A X = B} is solved for the vector or matrix @expr{X}.  Otherwise,
16181 if @expr{B} is a non-square matrix with the same number of @emph{columns}
16182 as @expr{A}, the equation @expr{X A = B} is solved.  If you wish a vector
16183 @expr{B} to be interpreted as a row vector to be solved as @expr{X A = B},
16184 make it into a one-row matrix with @kbd{C-u 1 v p} first.  To force a
16185 left-handed solution with a square matrix @expr{B}, transpose @expr{A} and
16186 @expr{B} before dividing, then transpose the result.
16188 HMS forms can be divided by real numbers or by other HMS forms.  Error
16189 forms can be divided in any combination of ways.  Modulo forms where both
16190 values and the modulo are integers can be divided to get an integer modulo
16191 form result.  Intervals can be divided; dividing by an interval that
16192 encompasses zero or has zero as a limit will result in an infinite
16193 interval.
16195 @kindex ^
16196 @pindex calc-power
16197 @ignore
16198 @mindex @null
16199 @end ignore
16200 @tindex ^
16201 The @kbd{^} (@code{calc-power}) command raises a number to a power.  If
16202 the power is an integer, an exact result is computed using repeated
16203 multiplications.  For non-integer powers, Calc uses Newton's method or
16204 logarithms and exponentials.  Square matrices can be raised to integer
16205 powers.  If either argument is an error (or interval or modulo) form,
16206 the result is also an error (or interval or modulo) form.
16208 @kindex I ^
16209 @tindex nroot
16210 If you press the @kbd{I} (inverse) key first, the @kbd{I ^} command
16211 computes an Nth root:  @kbd{125 @key{RET} 3 I ^} computes the number 5.
16212 (This is entirely equivalent to @kbd{125 @key{RET} 1:3 ^}.)
16214 @kindex \
16215 @pindex calc-idiv
16216 @tindex idiv
16217 @ignore
16218 @mindex @null
16219 @end ignore
16220 @tindex \
16221 The @kbd{\} (@code{calc-idiv}) command divides two numbers on the stack
16222 to produce an integer result.  It is equivalent to dividing with
16223 @key{/}, then rounding down with @kbd{F} (@code{calc-floor}), only a bit
16224 more convenient and efficient.  Also, since it is an all-integer
16225 operation when the arguments are integers, it avoids problems that
16226 @kbd{/ F} would have with floating-point roundoff.
16228 @kindex %
16229 @pindex calc-mod
16230 @ignore
16231 @mindex @null
16232 @end ignore
16233 @tindex %
16234 The @kbd{%} (@code{calc-mod}) command performs a ``modulo'' (or ``remainder'')
16235 operation.  Mathematically, @samp{a%b = a - (a\b)*b}, and is defined
16236 for all real numbers @expr{a} and @expr{b} (except @expr{b=0}).  For
16237 positive @expr{b}, the result will always be between 0 (inclusive) and
16238 @expr{b} (exclusive).  Modulo does not work for HMS forms and error forms.
16239 If @expr{a} is a modulo form, its modulo is changed to @expr{b}, which
16240 must be positive real number.
16242 @kindex :
16243 @pindex calc-fdiv
16244 @tindex fdiv
16245 The @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) command [@code{fdiv} function in a formula]
16246 divides the two integers on the top of the stack to produce a fractional
16247 result.  This is a convenient shorthand for enabling Fraction mode (with
16248 @kbd{m f}) temporarily and using @samp{/}.  Note that during numeric entry
16249 the @kbd{:} key is interpreted as a fraction separator, so to divide 8 by 6
16250 you would have to type @kbd{8 @key{RET} 6 @key{RET} :}.  (Of course, in
16251 this case, it would be much easier simply to enter the fraction directly
16252 as @kbd{8:6 @key{RET}}!)
16254 @kindex n
16255 @pindex calc-change-sign
16256 The @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the number on the top
16257 of the stack.  It works on numbers, vectors and matrices, HMS forms, date
16258 forms, error forms, intervals, and modulo forms.
16260 @kindex A
16261 @pindex calc-abs
16262 @tindex abs
16263 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the absolute
16264 value of a number.  The result of @code{abs} is always a nonnegative
16265 real number:  With a complex argument, it computes the complex magnitude.
16266 With a vector or matrix argument, it computes the Frobenius norm, i.e.,
16267 the square root of the sum of the squares of the absolute values of the
16268 elements.  The absolute value of an error form is defined by replacing
16269 the mean part with its absolute value and leaving the error part the same.
16270 The absolute value of a modulo form is undefined.  The absolute value of
16271 an interval is defined in the obvious way.
16273 @kindex f A
16274 @pindex calc-abssqr
16275 @tindex abssqr
16276 The @kbd{f A} (@code{calc-abssqr}) [@code{abssqr}] command computes the
16277 absolute value squared of a number, vector or matrix, or error form.
16279 @kindex f s
16280 @pindex calc-sign
16281 @tindex sign
16282 The @kbd{f s} (@code{calc-sign}) [@code{sign}] command returns 1 if its
16283 argument is positive, @mathit{-1} if its argument is negative, or 0 if its
16284 argument is zero.  In algebraic form, you can also write @samp{sign(a,x)}
16285 which evaluates to @samp{x * sign(a)}, i.e., either @samp{x}, @samp{-x}, or
16286 zero depending on the sign of @samp{a}.
16288 @kindex &
16289 @pindex calc-inv
16290 @tindex inv
16291 @cindex Reciprocal
16292 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
16293 reciprocal of a number, i.e., @expr{1 / x}.  Operating on a square
16294 matrix, it computes the inverse of that matrix.
16296 @kindex Q
16297 @pindex calc-sqrt
16298 @tindex sqrt
16299 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] command computes the square
16300 root of a number.  For a negative real argument, the result will be a
16301 complex number whose form is determined by the current Polar mode.
16303 @kindex f h
16304 @pindex calc-hypot
16305 @tindex hypot
16306 The @kbd{f h} (@code{calc-hypot}) [@code{hypot}] command computes the square
16307 root of the sum of the squares of two numbers.  That is, @samp{hypot(a,b)}
16308 is the length of the hypotenuse of a right triangle with sides @expr{a}
16309 and @expr{b}.  If the arguments are complex numbers, their squared
16310 magnitudes are used.
16312 @kindex f Q
16313 @pindex calc-isqrt
16314 @tindex isqrt
16315 The @kbd{f Q} (@code{calc-isqrt}) [@code{isqrt}] command computes the
16316 integer square root of an integer.  This is the true square root of the
16317 number, rounded down to an integer.  For example, @samp{isqrt(10)}
16318 produces 3.  Note that, like @kbd{\} [@code{idiv}], this uses exact
16319 integer arithmetic throughout to avoid roundoff problems.  If the input
16320 is a floating-point number or other non-integer value, this is exactly
16321 the same as @samp{floor(sqrt(x))}.
16323 @kindex f n
16324 @kindex f x
16325 @pindex calc-min
16326 @tindex min
16327 @pindex calc-max
16328 @tindex max
16329 The @kbd{f n} (@code{calc-min}) [@code{min}] and @kbd{f x} (@code{calc-max})
16330 [@code{max}] commands take the minimum or maximum of two real numbers,
16331 respectively.  These commands also work on HMS forms, date forms,
16332 intervals, and infinities.  (In algebraic expressions, these functions
16333 take any number of arguments and return the maximum or minimum among
16334 all the arguments.)
16336 @kindex f M
16337 @kindex f X
16338 @pindex calc-mant-part
16339 @tindex mant
16340 @pindex calc-xpon-part
16341 @tindex xpon
16342 The @kbd{f M} (@code{calc-mant-part}) [@code{mant}] function extracts
16343 the ``mantissa'' part @expr{m} of its floating-point argument; @kbd{f X}
16344 (@code{calc-xpon-part}) [@code{xpon}] extracts the ``exponent'' part
16345 @expr{e}.  The original number is equal to 
16346 @texline @math{m \times 10^e},
16347 @infoline @expr{m * 10^e},
16348 where @expr{m} is in the interval @samp{[1.0 ..@: 10.0)} except that
16349 @expr{m=e=0} if the original number is zero.  For integers
16350 and fractions, @code{mant} returns the number unchanged and @code{xpon}
16351 returns zero.  The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command can also be
16352 used to ``unpack'' a floating-point number; this produces an integer
16353 mantissa and exponent, with the constraint that the mantissa is not
16354 a multiple of ten (again except for the @expr{m=e=0} case).
16356 @kindex f S
16357 @pindex calc-scale-float
16358 @tindex scf
16359 The @kbd{f S} (@code{calc-scale-float}) [@code{scf}] function scales a number
16360 by a given power of ten.  Thus, @samp{scf(mant(x), xpon(x)) = x} for any
16361 real @samp{x}.  The second argument must be an integer, but the first
16362 may actually be any numeric value.  For example, @samp{scf(5,-2) = 0.05}
16363 or @samp{1:20} depending on the current Fraction mode.
16365 @kindex f [
16366 @kindex f ]
16367 @pindex calc-decrement
16368 @pindex calc-increment
16369 @tindex decr
16370 @tindex incr
16371 The @kbd{f [} (@code{calc-decrement}) [@code{decr}] and @kbd{f ]}
16372 (@code{calc-increment}) [@code{incr}] functions decrease or increase
16373 a number by one unit.  For integers, the effect is obvious.  For
16374 floating-point numbers, the change is by one unit in the last place.
16375 For example, incrementing @samp{12.3456} when the current precision
16376 is 6 digits yields @samp{12.3457}.  If the current precision had been
16377 8 digits, the result would have been @samp{12.345601}.  Incrementing
16378 @samp{0.0} produces 
16379 @texline @math{10^{-p}},
16380 @infoline @expr{10^-p}, 
16381 where @expr{p} is the current
16382 precision.  These operations are defined only on integers and floats.
16383 With numeric prefix arguments, they change the number by @expr{n} units.
16385 Note that incrementing followed by decrementing, or vice-versa, will
16386 almost but not quite always cancel out.  Suppose the precision is
16387 6 digits and the number @samp{9.99999} is on the stack.  Incrementing
16388 will produce @samp{10.0000}; decrementing will produce @samp{9.9999}.
16389 One digit has been dropped.  This is an unavoidable consequence of the
16390 way floating-point numbers work.
16392 Incrementing a date/time form adjusts it by a certain number of seconds.
16393 Incrementing a pure date form adjusts it by a certain number of days.
16395 @node Integer Truncation, Complex Number Functions, Basic Arithmetic, Arithmetic
16396 @section Integer Truncation
16398 @noindent
16399 There are four commands for truncating a real number to an integer,
16400 differing mainly in their treatment of negative numbers.  All of these
16401 commands have the property that if the argument is an integer, the result
16402 is the same integer.  An integer-valued floating-point argument is converted
16403 to integer form.
16405 If you press @kbd{H} (@code{calc-hyperbolic}) first, the result will be
16406 expressed as an integer-valued floating-point number.
16408 @cindex Integer part of a number
16409 @kindex F
16410 @pindex calc-floor
16411 @tindex floor
16412 @tindex ffloor
16413 @ignore
16414 @mindex @null
16415 @end ignore
16416 @kindex H F
16417 The @kbd{F} (@code{calc-floor}) [@code{floor} or @code{ffloor}] command
16418 truncates a real number to the next lower integer, i.e., toward minus
16419 infinity.  Thus @kbd{3.6 F} produces 3, but @kbd{_3.6 F} produces
16420 @mathit{-4}.
16422 @kindex I F
16423 @pindex calc-ceiling
16424 @tindex ceil
16425 @tindex fceil
16426 @ignore
16427 @mindex @null
16428 @end ignore
16429 @kindex H I F
16430 The @kbd{I F} (@code{calc-ceiling}) [@code{ceil} or @code{fceil}]
16431 command truncates toward positive infinity.  Thus @kbd{3.6 I F} produces
16432 4, and @kbd{_3.6 I F} produces @mathit{-3}.
16434 @kindex R
16435 @pindex calc-round
16436 @tindex round
16437 @tindex fround
16438 @ignore
16439 @mindex @null
16440 @end ignore
16441 @kindex H R
16442 The @kbd{R} (@code{calc-round}) [@code{round} or @code{fround}] command
16443 rounds to the nearest integer.  When the fractional part is .5 exactly,
16444 this command rounds away from zero.  (All other rounding in the
16445 Calculator uses this convention as well.)  Thus @kbd{3.5 R} produces 4
16446 but @kbd{3.4 R} produces 3; @kbd{_3.5 R} produces @mathit{-4}.
16448 @kindex I R
16449 @pindex calc-trunc
16450 @tindex trunc
16451 @tindex ftrunc
16452 @ignore
16453 @mindex @null
16454 @end ignore
16455 @kindex H I R
16456 The @kbd{I R} (@code{calc-trunc}) [@code{trunc} or @code{ftrunc}]
16457 command truncates toward zero.  In other words, it ``chops off''
16458 everything after the decimal point.  Thus @kbd{3.6 I R} produces 3 and
16459 @kbd{_3.6 I R} produces @mathit{-3}.
16461 These functions may not be applied meaningfully to error forms, but they
16462 do work for intervals.  As a convenience, applying @code{floor} to a
16463 modulo form floors the value part of the form.  Applied to a vector,
16464 these functions operate on all elements of the vector one by one.
16465 Applied to a date form, they operate on the internal numerical
16466 representation of dates, converting a date/time form into a pure date.
16468 @ignore
16469 @starindex
16470 @end ignore
16471 @tindex rounde
16472 @ignore
16473 @starindex
16474 @end ignore
16475 @tindex roundu
16476 @ignore
16477 @starindex
16478 @end ignore
16479 @tindex frounde
16480 @ignore
16481 @starindex
16482 @end ignore
16483 @tindex froundu
16484 There are two more rounding functions which can only be entered in
16485 algebraic notation.  The @code{roundu} function is like @code{round}
16486 except that it rounds up, toward plus infinity, when the fractional
16487 part is .5.  This distinction matters only for negative arguments.
16488 Also, @code{rounde} rounds to an even number in the case of a tie,
16489 rounding up or down as necessary.  For example, @samp{rounde(3.5)} and
16490 @samp{rounde(4.5)} both return 4, but @samp{rounde(5.5)} returns 6.
16491 The advantage of round-to-even is that the net error due to rounding
16492 after a long calculation tends to cancel out to zero.  An important
16493 subtle point here is that the number being fed to @code{rounde} will
16494 already have been rounded to the current precision before @code{rounde}
16495 begins.  For example, @samp{rounde(2.500001)} with a current precision
16496 of 6 will incorrectly, or at least surprisingly, yield 2 because the
16497 argument will first have been rounded down to @expr{2.5} (which
16498 @code{rounde} sees as an exact tie between 2 and 3).
16500 Each of these functions, when written in algebraic formulas, allows
16501 a second argument which specifies the number of digits after the
16502 decimal point to keep.  For example, @samp{round(123.4567, 2)} will
16503 produce the answer 123.46, and @samp{round(123.4567, -1)} will
16504 produce 120 (i.e., the cutoff is one digit to the @emph{left} of
16505 the decimal point).  A second argument of zero is equivalent to
16506 no second argument at all.
16508 @cindex Fractional part of a number
16509 To compute the fractional part of a number (i.e., the amount which, when
16510 added to `@tfn{floor(}@var{n}@tfn{)}', will produce @var{n}) just take @var{n}
16511 modulo 1 using the @code{%} command.
16513 Note also the @kbd{\} (integer quotient), @kbd{f I} (integer logarithm),
16514 and @kbd{f Q} (integer square root) commands, which are analogous to
16515 @kbd{/}, @kbd{B}, and @kbd{Q}, respectively, except that they take integer
16516 arguments and return the result rounded down to an integer.
16518 @node Complex Number Functions, Conversions, Integer Truncation, Arithmetic
16519 @section Complex Number Functions
16521 @noindent
16522 @kindex J
16523 @pindex calc-conj
16524 @tindex conj
16525 The @kbd{J} (@code{calc-conj}) [@code{conj}] command computes the
16526 complex conjugate of a number.  For complex number @expr{a+bi}, the
16527 complex conjugate is @expr{a-bi}.  If the argument is a real number,
16528 this command leaves it the same.  If the argument is a vector or matrix,
16529 this command replaces each element by its complex conjugate.
16531 @kindex G
16532 @pindex calc-argument
16533 @tindex arg
16534 The @kbd{G} (@code{calc-argument}) [@code{arg}] command computes the
16535 ``argument'' or polar angle of a complex number.  For a number in polar
16536 notation, this is simply the second component of the pair
16537 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'.
16538 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'.
16539 The result is expressed according to the current angular mode and will
16540 be in the range @mathit{-180} degrees (exclusive) to @mathit{+180} degrees
16541 (inclusive), or the equivalent range in radians.
16543 @pindex calc-imaginary
16544 The @code{calc-imaginary} command multiplies the number on the
16545 top of the stack by the imaginary number @expr{i = (0,1)}.  This
16546 command is not normally bound to a key in Calc, but it is available
16547 on the @key{IMAG} button in Keypad mode.
16549 @kindex f r
16550 @pindex calc-re
16551 @tindex re
16552 The @kbd{f r} (@code{calc-re}) [@code{re}] command replaces a complex number
16553 by its real part.  This command has no effect on real numbers.  (As an
16554 added convenience, @code{re} applied to a modulo form extracts
16555 the value part.)
16557 @kindex f i
16558 @pindex calc-im
16559 @tindex im
16560 The @kbd{f i} (@code{calc-im}) [@code{im}] command replaces a complex number
16561 by its imaginary part; real numbers are converted to zero.  With a vector
16562 or matrix argument, these functions operate element-wise.
16564 @ignore
16565 @mindex v p
16566 @end ignore
16567 @kindex v p (complex)
16568 @pindex calc-pack
16569 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) command can pack the top two numbers on
16570 the stack into a composite object such as a complex number.  With
16571 a prefix argument of @mathit{-1}, it produces a rectangular complex number;
16572 with an argument of @mathit{-2}, it produces a polar complex number.
16573 (Also, @pxref{Building Vectors}.)
16575 @ignore
16576 @mindex v u
16577 @end ignore
16578 @kindex v u (complex)
16579 @pindex calc-unpack
16580 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the complex number
16581 (or other composite object) on the top of the stack and unpacks it
16582 into its separate components.
16584 @node Conversions, Date Arithmetic, Complex Number Functions, Arithmetic
16585 @section Conversions
16587 @noindent
16588 The commands described in this section convert numbers from one form
16589 to another; they are two-key sequences beginning with the letter @kbd{c}.
16591 @kindex c f
16592 @pindex calc-float
16593 @tindex pfloat
16594 The @kbd{c f} (@code{calc-float}) [@code{pfloat}] command converts the
16595 number on the top of the stack to floating-point form.  For example,
16596 @expr{23} is converted to @expr{23.0}, @expr{3:2} is converted to
16597 @expr{1.5}, and @expr{2.3} is left the same.  If the value is a composite
16598 object such as a complex number or vector, each of the components is
16599 converted to floating-point.  If the value is a formula, all numbers
16600 in the formula are converted to floating-point.  Note that depending
16601 on the current floating-point precision, conversion to floating-point
16602 format may lose information.
16604 As a special exception, integers which appear as powers or subscripts
16605 are not floated by @kbd{c f}.  If you really want to float a power,
16606 you can use a @kbd{j s} command to select the power followed by @kbd{c f}.
16607 Because @kbd{c f} cannot examine the formula outside of the selection,
16608 it does not notice that the thing being floated is a power.
16609 @xref{Selecting Subformulas}.
16611 The normal @kbd{c f} command is ``pervasive'' in the sense that it
16612 applies to all numbers throughout the formula.  The @code{pfloat}
16613 algebraic function never stays around in a formula; @samp{pfloat(a + 1)}
16614 changes to @samp{a + 1.0} as soon as it is evaluated.
16616 @kindex H c f
16617 @tindex float
16618 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c f} [@code{float}] operates
16619 only on the number or vector of numbers at the top level of its
16620 argument.  Thus, @samp{float(1)} is 1.0, but @samp{float(a + 1)}
16621 is left unevaluated because its argument is not a number.
16623 You should use @kbd{H c f} if you wish to guarantee that the final
16624 value, once all the variables have been assigned, is a float; you
16625 would use @kbd{c f} if you wish to do the conversion on the numbers
16626 that appear right now.
16628 @kindex c F
16629 @pindex calc-fraction
16630 @tindex pfrac
16631 The @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) [@code{pfrac}] command converts a
16632 floating-point number into a fractional approximation.  By default, it
16633 produces a fraction whose decimal representation is the same as the
16634 input number, to within the current precision.  You can also give a
16635 numeric prefix argument to specify a tolerance, either directly, or,
16636 if the prefix argument is zero, by using the number on top of the stack
16637 as the tolerance.  If the tolerance is a positive integer, the fraction
16638 is correct to within that many significant figures.  If the tolerance is
16639 a non-positive integer, it specifies how many digits fewer than the current
16640 precision to use.  If the tolerance is a floating-point number, the
16641 fraction is correct to within that absolute amount.
16643 @kindex H c F
16644 @tindex frac
16645 The @code{pfrac} function is pervasive, like @code{pfloat}.
16646 There is also a non-pervasive version, @kbd{H c F} [@code{frac}],
16647 which is analogous to @kbd{H c f} discussed above.
16649 @kindex c d
16650 @pindex calc-to-degrees
16651 @tindex deg
16652 The @kbd{c d} (@code{calc-to-degrees}) [@code{deg}] command converts a
16653 number into degrees form.  The value on the top of the stack may be an
16654 HMS form (interpreted as degrees-minutes-seconds), or a real number which
16655 will be interpreted in radians regardless of the current angular mode.
16657 @kindex c r
16658 @pindex calc-to-radians
16659 @tindex rad
16660 The @kbd{c r} (@code{calc-to-radians}) [@code{rad}] command converts an
16661 HMS form or angle in degrees into an angle in radians.
16663 @kindex c h
16664 @pindex calc-to-hms
16665 @tindex hms
16666 The @kbd{c h} (@code{calc-to-hms}) [@code{hms}] command converts a real
16667 number, interpreted according to the current angular mode, to an HMS
16668 form describing the same angle.  In algebraic notation, the @code{hms}
16669 function also accepts three arguments: @samp{hms(@var{h}, @var{m}, @var{s})}.
16670 (The three-argument version is independent of the current angular mode.)
16672 @pindex calc-from-hms
16673 The @code{calc-from-hms} command converts the HMS form on the top of the
16674 stack into a real number according to the current angular mode.
16676 @kindex c p
16677 @kindex I c p
16678 @pindex calc-polar
16679 @tindex polar
16680 @tindex rect
16681 The @kbd{c p} (@code{calc-polar}) command converts the complex number on
16682 the top of the stack from polar to rectangular form, or from rectangular
16683 to polar form, whichever is appropriate.  Real numbers are left the same.
16684 This command is equivalent to the @code{rect} or @code{polar}
16685 functions in algebraic formulas, depending on the direction of
16686 conversion.  (It uses @code{polar}, except that if the argument is
16687 already a polar complex number, it uses @code{rect} instead.  The
16688 @kbd{I c p} command always uses @code{rect}.)
16690 @kindex c c
16691 @pindex calc-clean
16692 @tindex pclean
16693 The @kbd{c c} (@code{calc-clean}) [@code{pclean}] command ``cleans'' the
16694 number on the top of the stack.  Floating point numbers are re-rounded
16695 according to the current precision.  Polar numbers whose angular
16696 components have strayed from the @mathit{-180} to @mathit{+180} degree range
16697 are normalized.  (Note that results will be undesirable if the current
16698 angular mode is different from the one under which the number was
16699 produced!)  Integers and fractions are generally unaffected by this
16700 operation.  Vectors and formulas are cleaned by cleaning each component
16701 number (i.e., pervasively).
16703 If the simplification mode is set below the default level, it is raised
16704 to the default level for the purposes of this command.  Thus, @kbd{c c}
16705 applies the default simplifications even if their automatic application
16706 is disabled.  @xref{Simplification Modes}.
16708 @cindex Roundoff errors, correcting
16709 A numeric prefix argument to @kbd{c c} sets the floating-point precision
16710 to that value for the duration of the command.  A positive prefix (of at
16711 least 3) sets the precision to the specified value; a negative or zero
16712 prefix decreases the precision by the specified amount.
16714 @kindex c 0-9
16715 @pindex calc-clean-num
16716 The keystroke sequences @kbd{c 0} through @kbd{c 9} are equivalent
16717 to @kbd{c c} with the corresponding negative prefix argument.  If roundoff
16718 errors have changed 2.0 into 1.999999, typing @kbd{c 1} to clip off one
16719 decimal place often conveniently does the trick.
16721 The @kbd{c c} command with a numeric prefix argument, and the @kbd{c 0}
16722 through @kbd{c 9} commands, also ``clip'' very small floating-point
16723 numbers to zero.  If the exponent is less than or equal to the negative
16724 of the specified precision, the number is changed to 0.0.  For example,
16725 if the current precision is 12, then @kbd{c 2} changes the vector
16726 @samp{[1e-8, 1e-9, 1e-10, 1e-11]} to @samp{[1e-8, 1e-9, 0, 0]}.
16727 Numbers this small generally arise from roundoff noise.
16729 If the numbers you are using really are legitimately this small,
16730 you should avoid using the @kbd{c 0} through @kbd{c 9} commands.
16731 (The plain @kbd{c c} command rounds to the current precision but
16732 does not clip small numbers.)
16734 One more property of @kbd{c 0} through @kbd{c 9}, and of @kbd{c c} with
16735 a prefix argument, is that integer-valued floats are converted to
16736 plain integers, so that @kbd{c 1} on @samp{[1., 1.5, 2., 2.5, 3.]}
16737 produces @samp{[1, 1.5, 2, 2.5, 3]}.  This is not done for huge
16738 numbers (@samp{1e100} is technically an integer-valued float, but
16739 you wouldn't want it automatically converted to a 100-digit integer).
16741 @kindex H c 0-9
16742 @kindex H c c
16743 @tindex clean
16744 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c c} and @kbd{H c 0} through @kbd{H c 9}
16745 operate non-pervasively [@code{clean}].
16747 @node Date Arithmetic, Financial Functions, Conversions, Arithmetic
16748 @section Date Arithmetic
16750 @noindent
16751 @cindex Date arithmetic, additional functions
16752 The commands described in this section perform various conversions
16753 and calculations involving date forms (@pxref{Date Forms}).  They
16754 use the @kbd{t} (for time/date) prefix key followed by shifted
16755 letters.
16757 The simplest date arithmetic is done using the regular @kbd{+} and @kbd{-}
16758 commands.  In particular, adding a number to a date form advances the
16759 date form by a certain number of days; adding an HMS form to a date
16760 form advances the date by a certain amount of time; and subtracting two
16761 date forms produces a difference measured in days.  The commands
16762 described here provide additional, more specialized operations on dates.
16764 Many of these commands accept a numeric prefix argument; if you give
16765 plain @kbd{C-u} as the prefix, these commands will instead take the
16766 additional argument from the top of the stack.
16768 @menu
16769 * Date Conversions::
16770 * Date Functions::
16771 * Time Zones::
16772 * Business Days::
16773 @end menu
16775 @node Date Conversions, Date Functions, Date Arithmetic, Date Arithmetic
16776 @subsection Date Conversions
16778 @noindent
16779 @kindex t D
16780 @pindex calc-date
16781 @tindex date
16782 The @kbd{t D} (@code{calc-date}) [@code{date}] command converts a
16783 date form into a number, measured in days since Jan 1, 1 AD.  The
16784 result will be an integer if @var{date} is a pure date form, or a
16785 fraction or float if @var{date} is a date/time form.  Or, if its
16786 argument is a number, it converts this number into a date form.
16788 With a numeric prefix argument, @kbd{t D} takes that many objects
16789 (up to six) from the top of the stack and interprets them in one
16790 of the following ways:
16792 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day})} function
16793 builds a pure date form out of the specified year, month, and
16794 day, which must all be integers.  @var{Year} is a year number,
16795 such as 1991 (@emph{not} the same as 91!).  @var{Month} must be
16796 an integer in the range 1 to 12; @var{day} must be in the range
16797 1 to 31.  If the specified month has fewer than 31 days and
16798 @var{day} is too large, the equivalent day in the following
16799 month will be used.
16801 The @samp{date(@var{month}, @var{day})} function builds a
16802 pure date form using the current year, as determined by the
16803 real-time clock.
16805 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hms})}
16806 function builds a date/time form using an @var{hms} form.
16808 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hour},
16809 @var{minute}, @var{second})} function builds a date/time form.
16810 @var{hour} should be an integer in the range 0 to 23;
16811 @var{minute} should be an integer in the range 0 to 59;
16812 @var{second} should be any real number in the range @samp{[0 .. 60)}.
16813 The last two arguments default to zero if omitted.
16815 @kindex t J
16816 @pindex calc-julian
16817 @tindex julian
16818 @cindex Julian day counts, conversions
16819 The @kbd{t J} (@code{calc-julian}) [@code{julian}] command converts
16820 a date form into a Julian day count, which is the number of days
16821 since noon on Jan 1, 4713 BC.  A pure date is converted to an integer
16822 Julian count representing noon of that day.  A date/time form is
16823 converted to an exact floating-point Julian count, adjusted to
16824 interpret the date form in the current time zone but the Julian
16825 day count in Greenwich Mean Time.  A numeric prefix argument allows
16826 you to specify the time zone; @pxref{Time Zones}.  Use a prefix of
16827 zero to suppress the time zone adjustment.  Note that pure date forms
16828 are never time-zone adjusted.
16830 This command can also do the opposite conversion, from a Julian day
16831 count (either an integer day, or a floating-point day and time in
16832 the GMT zone), into a pure date form or a date/time form in the
16833 current or specified time zone.
16835 @kindex t U
16836 @pindex calc-unix-time
16837 @tindex unixtime
16838 @cindex Unix time format, conversions
16839 The @kbd{t U} (@code{calc-unix-time}) [@code{unixtime}] command
16840 converts a date form into a Unix time value, which is the number of
16841 seconds since midnight on Jan 1, 1970, or vice-versa.  The numeric result
16842 will be an integer if the current precision is 12 or less; for higher
16843 precisions, the result may be a float with (@var{precision}@minus{}12)
16844 digits after the decimal.  Just as for @kbd{t J}, the numeric time
16845 is interpreted in the GMT time zone and the date form is interpreted
16846 in the current or specified zone.  Some systems use Unix-like
16847 numbering but with the local time zone; give a prefix of zero to
16848 suppress the adjustment if so.
16850 @kindex t C
16851 @pindex calc-convert-time-zones
16852 @tindex tzconv
16853 @cindex Time Zones, converting between
16854 The @kbd{t C} (@code{calc-convert-time-zones}) [@code{tzconv}]
16855 command converts a date form from one time zone to another.  You
16856 are prompted for each time zone name in turn; you can answer with
16857 any suitable Calc time zone expression (@pxref{Time Zones}).
16858 If you answer either prompt with a blank line, the local time
16859 zone is used for that prompt.  You can also answer the first
16860 prompt with @kbd{$} to take the two time zone names from the
16861 stack (and the date to be converted from the third stack level).
16863 @node Date Functions, Business Days, Date Conversions, Date Arithmetic
16864 @subsection Date Functions
16866 @noindent
16867 @kindex t N
16868 @pindex calc-now
16869 @tindex now
16870 The @kbd{t N} (@code{calc-now}) [@code{now}] command pushes the
16871 current date and time on the stack as a date form.  The time is
16872 reported in terms of the specified time zone; with no numeric prefix
16873 argument, @kbd{t N} reports for the current time zone.
16875 @kindex t P
16876 @pindex calc-date-part
16877 The @kbd{t P} (@code{calc-date-part}) command extracts one part
16878 of a date form.  The prefix argument specifies the part; with no
16879 argument, this command prompts for a part code from 1 to 9.
16880 The various part codes are described in the following paragraphs.
16882 @tindex year
16883 The @kbd{M-1 t P} [@code{year}] function extracts the year number
16884 from a date form as an integer, e.g., 1991.  This and the
16885 following functions will also accept a real number for an
16886 argument, which is interpreted as a standard Calc day number.
16887 Note that this function will never return zero, since the year
16888 1 BC immediately precedes the year 1 AD.
16890 @tindex month
16891 The @kbd{M-2 t P} [@code{month}] function extracts the month number
16892 from a date form as an integer in the range 1 to 12.
16894 @tindex day
16895 The @kbd{M-3 t P} [@code{day}] function extracts the day number
16896 from a date form as an integer in the range 1 to 31.
16898 @tindex hour
16899 The @kbd{M-4 t P} [@code{hour}] function extracts the hour from
16900 a date form as an integer in the range 0 (midnight) to 23.  Note
16901 that 24-hour time is always used.  This returns zero for a pure
16902 date form.  This function (and the following two) also accept
16903 HMS forms as input.
16905 @tindex minute
16906 The @kbd{M-5 t P} [@code{minute}] function extracts the minute
16907 from a date form as an integer in the range 0 to 59.
16909 @tindex second
16910 The @kbd{M-6 t P} [@code{second}] function extracts the second
16911 from a date form.  If the current precision is 12 or less,
16912 the result is an integer in the range 0 to 59.  For higher
16913 precisions, the result may instead be a floating-point number.
16915 @tindex weekday
16916 The @kbd{M-7 t P} [@code{weekday}] function extracts the weekday
16917 number from a date form as an integer in the range 0 (Sunday)
16918 to 6 (Saturday).
16920 @tindex yearday
16921 The @kbd{M-8 t P} [@code{yearday}] function extracts the day-of-year
16922 number from a date form as an integer in the range 1 (January 1)
16923 to 366 (December 31 of a leap year).
16925 @tindex time
16926 The @kbd{M-9 t P} [@code{time}] function extracts the time portion
16927 of a date form as an HMS form.  This returns @samp{0@@ 0' 0"}
16928 for a pure date form.
16930 @kindex t M
16931 @pindex calc-new-month
16932 @tindex newmonth
16933 The @kbd{t M} (@code{calc-new-month}) [@code{newmonth}] command
16934 computes a new date form that represents the first day of the month
16935 specified by the input date.  The result is always a pure date
16936 form; only the year and month numbers of the input are retained.
16937 With a numeric prefix argument @var{n} in the range from 1 to 31,
16938 @kbd{t M} computes the @var{n}th day of the month.  (If @var{n}
16939 is greater than the actual number of days in the month, or if
16940 @var{n} is zero, the last day of the month is used.)
16942 @kindex t Y
16943 @pindex calc-new-year
16944 @tindex newyear
16945 The @kbd{t Y} (@code{calc-new-year}) [@code{newyear}] command
16946 computes a new pure date form that represents the first day of
16947 the year specified by the input.  The month, day, and time
16948 of the input date form are lost.  With a numeric prefix argument
16949 @var{n} in the range from 1 to 366, @kbd{t Y} computes the
16950 @var{n}th day of the year (366 is treated as 365 in non-leap
16951 years).  A prefix argument of 0 computes the last day of the
16952 year (December 31).  A negative prefix argument from @mathit{-1} to
16953 @mathit{-12} computes the first day of the @var{n}th month of the year.
16955 @kindex t W
16956 @pindex calc-new-week
16957 @tindex newweek
16958 The @kbd{t W} (@code{calc-new-week}) [@code{newweek}] command
16959 computes a new pure date form that represents the Sunday on or before
16960 the input date.  With a numeric prefix argument, it can be made to
16961 use any day of the week as the starting day; the argument must be in
16962 the range from 0 (Sunday) to 6 (Saturday).  This function always
16963 subtracts between 0 and 6 days from the input date.
16965 Here's an example use of @code{newweek}:  Find the date of the next
16966 Wednesday after a given date.  Using @kbd{M-3 t W} or @samp{newweek(d, 3)}
16967 will give you the @emph{preceding} Wednesday, so @samp{newweek(d+7, 3)}
16968 will give you the following Wednesday.  A further look at the definition
16969 of @code{newweek} shows that if the input date is itself a Wednesday,
16970 this formula will return the Wednesday one week in the future.  An
16971 exercise for the reader is to modify this formula to yield the same day
16972 if the input is already a Wednesday.  Another interesting exercise is
16973 to preserve the time-of-day portion of the input (@code{newweek} resets
16974 the time to midnight; hint:@: how can @code{newweek} be defined in terms
16975 of the @code{weekday} function?).
16977 @ignore
16978 @starindex
16979 @end ignore
16980 @tindex pwday
16981 The @samp{pwday(@var{date})} function (not on any key) computes the
16982 day-of-month number of the Sunday on or before @var{date}.  With
16983 two arguments, @samp{pwday(@var{date}, @var{day})} computes the day
16984 number of the Sunday on or before day number @var{day} of the month
16985 specified by @var{date}.  The @var{day} must be in the range from
16986 7 to 31; if the day number is greater than the actual number of days
16987 in the month, the true number of days is used instead.  Thus
16988 @samp{pwday(@var{date}, 7)} finds the first Sunday of the month, and
16989 @samp{pwday(@var{date}, 31)} finds the last Sunday of the month.
16990 With a third @var{weekday} argument, @code{pwday} can be made to look
16991 for any day of the week instead of Sunday.
16993 @kindex t I
16994 @pindex calc-inc-month
16995 @tindex incmonth
16996 The @kbd{t I} (@code{calc-inc-month}) [@code{incmonth}] command
16997 increases a date form by one month, or by an arbitrary number of
16998 months specified by a numeric prefix argument.  The time portion,
16999 if any, of the date form stays the same.  The day also stays the
17000 same, except that if the new month has fewer days the day
17001 number may be reduced to lie in the valid range.  For example,
17002 @samp{incmonth(<Jan 31, 1991>)} produces @samp{<Feb 28, 1991>}.
17003 Because of this, @kbd{t I t I} and @kbd{M-2 t I} do not always give
17004 the same results (@samp{<Mar 28, 1991>} versus @samp{<Mar 31, 1991>}
17005 in this case).
17007 @ignore
17008 @starindex
17009 @end ignore
17010 @tindex incyear
17011 The @samp{incyear(@var{date}, @var{step})} function increases
17012 a date form by the specified number of years, which may be
17013 any positive or negative integer.  Note that @samp{incyear(d, n)}
17014 is equivalent to @w{@samp{incmonth(d, 12*n)}}, but these do not have
17015 simple equivalents in terms of day arithmetic because
17016 months and years have varying lengths.  If the @var{step}
17017 argument is omitted, 1 year is assumed.  There is no keyboard
17018 command for this function; use @kbd{C-u 12 t I} instead.
17020 There is no @code{newday} function at all because @kbd{F} [@code{floor}]
17021 serves this purpose.  Similarly, instead of @code{incday} and
17022 @code{incweek} simply use @expr{d + n} or @expr{d + 7 n}.
17024 @xref{Basic Arithmetic}, for the @kbd{f ]} [@code{incr}] command
17025 which can adjust a date/time form by a certain number of seconds.
17027 @node Business Days, Time Zones, Date Functions, Date Arithmetic
17028 @subsection Business Days
17030 @noindent
17031 Often time is measured in ``business days'' or ``working days,''
17032 where weekends and holidays are skipped.  Calc's normal date
17033 arithmetic functions use calendar days, so that subtracting two
17034 consecutive Mondays will yield a difference of 7 days.  By contrast,
17035 subtracting two consecutive Mondays would yield 5 business days
17036 (assuming two-day weekends and the absence of holidays).
17038 @kindex t +
17039 @kindex t -
17040 @tindex badd
17041 @tindex bsub
17042 @pindex calc-business-days-plus
17043 @pindex calc-business-days-minus
17044 The @kbd{t +} (@code{calc-business-days-plus}) [@code{badd}]
17045 and @kbd{t -} (@code{calc-business-days-minus}) [@code{bsub}]
17046 commands perform arithmetic using business days.  For @kbd{t +},
17047 one argument must be a date form and the other must be a real
17048 number (positive or negative).  If the number is not an integer,
17049 then a certain amount of time is added as well as a number of
17050 days; for example, adding 0.5 business days to a time in Friday
17051 evening will produce a time in Monday morning.  It is also
17052 possible to add an HMS form; adding @samp{12@@ 0' 0"} also adds
17053 half a business day.  For @kbd{t -}, the arguments are either a
17054 date form and a number or HMS form, or two date forms, in which
17055 case the result is the number of business days between the two
17056 dates.
17058 @cindex @code{Holidays} variable
17059 @vindex Holidays
17060 By default, Calc considers any day that is not a Saturday or
17061 Sunday to be a business day.  You can define any number of
17062 additional holidays by editing the variable @code{Holidays}.
17063 (There is an @w{@kbd{s H}} convenience command for editing this
17064 variable.)  Initially, @code{Holidays} contains the vector
17065 @samp{[sat, sun]}.  Entries in the @code{Holidays} vector may
17066 be any of the following kinds of objects:
17068 @itemize @bullet
17069 @item
17070 Date forms (pure dates, not date/time forms).  These specify
17071 particular days which are to be treated as holidays.
17073 @item
17074 Intervals of date forms.  These specify a range of days, all of
17075 which are holidays (e.g., Christmas week).  @xref{Interval Forms}.
17077 @item
17078 Nested vectors of date forms.  Each date form in the vector is
17079 considered to be a holiday.
17081 @item
17082 Any Calc formula which evaluates to one of the above three things.
17083 If the formula involves the variable @expr{y}, it stands for a
17084 yearly repeating holiday; @expr{y} will take on various year
17085 numbers like 1992.  For example, @samp{date(y, 12, 25)} specifies
17086 Christmas day, and @samp{newweek(date(y, 11, 7), 4) + 21} specifies
17087 Thanksgiving (which is held on the fourth Thursday of November).
17088 If the formula involves the variable @expr{m}, that variable
17089 takes on month numbers from 1 to 12:  @samp{date(y, m, 15)} is
17090 a holiday that takes place on the 15th of every month.
17092 @item
17093 A weekday name, such as @code{sat} or @code{sun}.  This is really
17094 a variable whose name is a three-letter, lower-case day name.
17096 @item
17097 An interval of year numbers (integers).  This specifies the span of
17098 years over which this holiday list is to be considered valid.  Any
17099 business-day arithmetic that goes outside this range will result
17100 in an error message.  Use this if you are including an explicit
17101 list of holidays, rather than a formula to generate them, and you
17102 want to make sure you don't accidentally go beyond the last point
17103 where the holidays you entered are complete.  If there is no
17104 limiting interval in the @code{Holidays} vector, the default
17105 @samp{[1 .. 2737]} is used.  (This is the absolute range of years
17106 for which Calc's business-day algorithms will operate.)
17108 @item
17109 An interval of HMS forms.  This specifies the span of hours that
17110 are to be considered one business day.  For example, if this
17111 range is @samp{[9@@ 0' 0" .. 17@@ 0' 0"]} (i.e., 9am to 5pm), then
17112 the business day is only eight hours long, so that @kbd{1.5 t +}
17113 on @samp{<4:00pm Fri Dec 13, 1991>} will add one business day and
17114 four business hours to produce @samp{<12:00pm Tue Dec 17, 1991>}.
17115 Likewise, @kbd{t -} will now express differences in time as
17116 fractions of an eight-hour day.  Times before 9am will be treated
17117 as 9am by business date arithmetic, and times at or after 5pm will
17118 be treated as 4:59:59pm.  If there is no HMS interval in @code{Holidays},
17119 the full 24-hour day @samp{[0@ 0' 0" .. 24@ 0' 0"]} is assumed.
17120 (Regardless of the type of bounds you specify, the interval is
17121 treated as inclusive on the low end and exclusive on the high end,
17122 so that the work day goes from 9am up to, but not including, 5pm.)
17123 @end itemize
17125 If the @code{Holidays} vector is empty, then @kbd{t +} and
17126 @kbd{t -} will act just like @kbd{+} and @kbd{-} because there will
17127 then be no difference between business days and calendar days.
17129 Calc expands the intervals and formulas you give into a complete
17130 list of holidays for internal use.  This is done mainly to make
17131 sure it can detect multiple holidays.  (For example,
17132 @samp{<Jan 1, 1989>} is both New Year's Day and a Sunday, but
17133 Calc's algorithms take care to count it only once when figuring
17134 the number of holidays between two dates.)
17136 Since the complete list of holidays for all the years from 1 to
17137 2737 would be huge, Calc actually computes only the part of the
17138 list between the smallest and largest years that have been involved
17139 in business-day calculations so far.  Normally, you won't have to
17140 worry about this.  Keep in mind, however, that if you do one
17141 calculation for 1992, and another for 1792, even if both involve
17142 only a small range of years, Calc will still work out all the
17143 holidays that fall in that 200-year span.
17145 If you add a (positive) number of days to a date form that falls on a
17146 weekend or holiday, the date form is treated as if it were the most
17147 recent business day.  (Thus adding one business day to a Friday,
17148 Saturday, or Sunday will all yield the following Monday.)  If you
17149 subtract a number of days from a weekend or holiday, the date is
17150 effectively on the following business day.  (So subtracting one business
17151 day from Saturday, Sunday, or Monday yields the preceding Friday.)  The
17152 difference between two dates one or both of which fall on holidays
17153 equals the number of actual business days between them.  These
17154 conventions are consistent in the sense that, if you add @var{n}
17155 business days to any date, the difference between the result and the
17156 original date will come out to @var{n} business days.  (It can't be
17157 completely consistent though; a subtraction followed by an addition
17158 might come out a bit differently, since @kbd{t +} is incapable of
17159 producing a date that falls on a weekend or holiday.)
17161 @ignore
17162 @starindex
17163 @end ignore
17164 @tindex holiday
17165 There is a @code{holiday} function, not on any keys, that takes
17166 any date form and returns 1 if that date falls on a weekend or
17167 holiday, as defined in @code{Holidays}, or 0 if the date is a
17168 business day.
17170 @node Time Zones, , Business Days, Date Arithmetic
17171 @subsection Time Zones
17173 @noindent
17174 @cindex Time zones
17175 @cindex Daylight savings time
17176 Time zones and daylight savings time are a complicated business.
17177 The conversions to and from Julian and Unix-style dates automatically
17178 compute the correct time zone and daylight savings adjustment to use,
17179 provided they can figure out this information.  This section describes
17180 Calc's time zone adjustment algorithm in detail, in case you want to
17181 do conversions in different time zones or in case Calc's algorithms
17182 can't determine the right correction to use.
17184 Adjustments for time zones and daylight savings time are done by
17185 @kbd{t U}, @kbd{t J}, @kbd{t N}, and @kbd{t C}, but not by any other
17186 commands.  In particular, @samp{<may 1 1991> - <apr 1 1991>} evaluates
17187 to exactly 30 days even though there is a daylight-savings
17188 transition in between.  This is also true for Julian pure dates:
17189 @samp{julian(<may 1 1991>) - julian(<apr 1 1991>)}.  But Julian
17190 and Unix date/times will adjust for daylight savings time:
17191 @samp{julian(<12am may 1 1991>) - julian(<12am apr 1 1991>)}
17192 evaluates to @samp{29.95834} (that's 29 days and 23 hours)
17193 because one hour was lost when daylight savings commenced on
17194 April 7, 1991.
17196 In brief, the idiom @samp{julian(@var{date1}) - julian(@var{date2})}
17197 computes the actual number of 24-hour periods between two dates, whereas
17198 @samp{@var{date1} - @var{date2}} computes the number of calendar
17199 days between two dates without taking daylight savings into account.
17201 @pindex calc-time-zone
17202 @ignore
17203 @starindex
17204 @end ignore
17205 @tindex tzone
17206 The @code{calc-time-zone} [@code{tzone}] command converts the time
17207 zone specified by its numeric prefix argument into a number of
17208 seconds difference from Greenwich mean time (GMT).  If the argument
17209 is a number, the result is simply that value multiplied by 3600.
17210 Typical arguments for North America are 5 (Eastern) or 8 (Pacific).  If
17211 Daylight Savings time is in effect, one hour should be subtracted from
17212 the normal difference.
17214 If you give a prefix of plain @kbd{C-u}, @code{calc-time-zone} (like other
17215 date arithmetic commands that include a time zone argument) takes the
17216 zone argument from the top of the stack.  (In the case of @kbd{t J}
17217 and @kbd{t U}, the normal argument is then taken from the second-to-top
17218 stack position.)  This allows you to give a non-integer time zone
17219 adjustment.  The time-zone argument can also be an HMS form, or
17220 it can be a variable which is a time zone name in upper- or lower-case.
17221 For example @samp{tzone(PST) = tzone(8)} and @samp{tzone(pdt) = tzone(7)}
17222 (for Pacific standard and daylight savings times, respectively).
17224 North American and European time zone names are defined as follows;
17225 note that for each time zone there is one name for standard time,
17226 another for daylight savings time, and a third for ``generalized'' time
17227 in which the daylight savings adjustment is computed from context.
17229 @smallexample
17230 @group
17231 YST  PST  MST  CST  EST  AST    NST    GMT   WET     MET    MEZ
17232  9    8    7    6    5    4     3.5     0     -1      -2     -2
17234 YDT  PDT  MDT  CDT  EDT  ADT    NDT    BST  WETDST  METDST  MESZ
17235  8    7    6    5    4    3     2.5     -1    -2      -3     -3
17237 YGT  PGT  MGT  CGT  EGT  AGT    NGT    BGT   WEGT    MEGT   MEGZ
17238 9/8  8/7  7/6  6/5  5/4  4/3  3.5/2.5  0/-1 -1/-2   -2/-3  -2/-3
17239 @end group
17240 @end smallexample
17242 @vindex math-tzone-names
17243 To define time zone names that do not appear in the above table,
17244 you must modify the Lisp variable @code{math-tzone-names}.  This
17245 is a list of lists describing the different time zone names; its
17246 structure is best explained by an example.  The three entries for
17247 Pacific Time look like this:
17249 @smallexample
17250 @group
17251 ( ( "PST" 8 0 )    ; Name as an upper-case string, then standard
17252   ( "PDT" 8 -1 )   ; adjustment, then daylight savings adjustment.
17253   ( "PGT" 8 "PST" "PDT" ) )   ; Generalized time zone.
17254 @end group
17255 @end smallexample
17257 @cindex @code{TimeZone} variable
17258 @vindex TimeZone
17259 With no arguments, @code{calc-time-zone} or @samp{tzone()} obtains an
17260 argument from the Calc variable @code{TimeZone} if a value has been
17261 stored for that variable.  If not, Calc runs the Unix @samp{date}
17262 command and looks for one of the above time zone names in the output;
17263 if this does not succeed, @samp{tzone()} leaves itself unevaluated.
17264 The time zone name in the @samp{date} output may be followed by a signed
17265 adjustment, e.g., @samp{GMT+5} or @samp{GMT+0500} which specifies a
17266 number of hours and minutes to be added to the base time zone.
17267 Calc stores the time zone it finds into @code{TimeZone} to speed
17268 later calls to @samp{tzone()}.
17270 The special time zone name @code{local} is equivalent to no argument,
17271 i.e., it uses the local time zone as obtained from the @code{date}
17272 command.
17274 If the time zone name found is one of the standard or daylight
17275 savings zone names from the above table, and Calc's internal
17276 daylight savings algorithm says that time and zone are consistent
17277 (e.g., @code{PDT} accompanies a date that Calc's algorithm would also
17278 consider to be daylight savings, or @code{PST} accompanies a date
17279 that Calc would consider to be standard time), then Calc substitutes
17280 the corresponding generalized time zone (like @code{PGT}).
17282 If your system does not have a suitable @samp{date} command, you
17283 may wish to put a @samp{(setq var-TimeZone ...)} in your Emacs
17284 initialization file to set the time zone.  (Since you are interacting
17285 with the variable @code{TimeZone} directly from Emacs Lisp, the
17286 @code{var-} prefix needs to be present.)  The easiest way to do
17287 this is to edit the @code{TimeZone} variable using Calc's @kbd{s T}
17288 command, then use the @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable})
17289 command to save the value of @code{TimeZone} permanently.
17291 The @kbd{t J} and @code{t U} commands with no numeric prefix
17292 arguments do the same thing as @samp{tzone()}.  If the current
17293 time zone is a generalized time zone, e.g., @code{EGT}, Calc
17294 examines the date being converted to tell whether to use standard
17295 or daylight savings time.  But if the current time zone is explicit,
17296 e.g., @code{EST} or @code{EDT}, then that adjustment is used exactly
17297 and Calc's daylight savings algorithm is not consulted.
17299 Some places don't follow the usual rules for daylight savings time.
17300 The state of Arizona, for example, does not observe daylight savings
17301 time.  If you run Calc during the winter season in Arizona, the
17302 Unix @code{date} command will report @code{MST} time zone, which
17303 Calc will change to @code{MGT}.  If you then convert a time that
17304 lies in the summer months, Calc will apply an incorrect daylight
17305 savings time adjustment.  To avoid this, set your @code{TimeZone}
17306 variable explicitly to @code{MST} to force the use of standard,
17307 non-daylight-savings time.
17309 @vindex math-daylight-savings-hook
17310 @findex math-std-daylight-savings
17311 By default Calc always considers daylight savings time to begin at
17312 2 a.m.@: on the first Sunday of April, and to end at 2 a.m.@: on the
17313 last Sunday of October.  This is the rule that has been in effect
17314 in North America since 1987.  If you are in a country that uses
17315 different rules for computing daylight savings time, you have two
17316 choices:  Write your own daylight savings hook, or control time
17317 zones explicitly by setting the @code{TimeZone} variable and/or
17318 always giving a time-zone argument for the conversion functions.
17320 The Lisp variable @code{math-daylight-savings-hook} holds the
17321 name of a function that is used to compute the daylight savings
17322 adjustment for a given date.  The default is
17323 @code{math-std-daylight-savings}, which computes an adjustment
17324 (either 0 or @mathit{-1}) using the North American rules given above.
17326 The daylight savings hook function is called with four arguments:
17327 The date, as a floating-point number in standard Calc format;
17328 a six-element list of the date decomposed into year, month, day,
17329 hour, minute, and second, respectively; a string which contains
17330 the generalized time zone name in upper-case, e.g., @code{"WEGT"};
17331 and a special adjustment to be applied to the hour value when
17332 converting into a generalized time zone (see below).
17334 @findex math-prev-weekday-in-month
17335 The Lisp function @code{math-prev-weekday-in-month} is useful for
17336 daylight savings computations.  This is an internal version of
17337 the user-level @code{pwday} function described in the previous
17338 section. It takes four arguments:  The floating-point date value,
17339 the corresponding six-element date list, the day-of-month number,
17340 and the weekday number (0-6).
17342 The default daylight savings hook ignores the time zone name, but a
17343 more sophisticated hook could use different algorithms for different
17344 time zones.  It would also be possible to use different algorithms
17345 depending on the year number, but the default hook always uses the
17346 algorithm for 1987 and later.  Here is a listing of the default
17347 daylight savings hook:
17349 @smallexample
17350 (defun math-std-daylight-savings (date dt zone bump)
17351   (cond ((< (nth 1 dt) 4) 0)
17352         ((= (nth 1 dt) 4)
17353          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 7 0)))
17354            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) 0)
17355                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17356                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 3 bump)) -1 0))
17357                  (t -1))))
17358         ((< (nth 1 dt) 10) -1)
17359         ((= (nth 1 dt) 10)
17360          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 31 0)))
17361            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) -1)
17362                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17363                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 2 bump)) 0 -1))
17364                  (t 0))))
17365         (t 0))
17367 @end smallexample
17369 @noindent
17370 The @code{bump} parameter is equal to zero when Calc is converting
17371 from a date form in a generalized time zone into a GMT date value.
17372 It is @mathit{-1} when Calc is converting in the other direction.  The
17373 adjustments shown above ensure that the conversion behaves correctly
17374 and reasonably around the 2 a.m.@: transition in each direction.
17376 There is a ``missing'' hour between 2 a.m.@: and 3 a.m.@: at the
17377 beginning of daylight savings time; converting a date/time form that
17378 falls in this hour results in a time value for the following hour,
17379 from 3 a.m.@: to 4 a.m.  At the end of daylight savings time, the
17380 hour from 1 a.m.@: to 2 a.m.@: repeats itself; converting a date/time
17381 form that falls in in this hour results in a time value for the first
17382 manifestation of that time (@emph{not} the one that occurs one hour later).
17384 If @code{math-daylight-savings-hook} is @code{nil}, then the
17385 daylight savings adjustment is always taken to be zero.
17387 In algebraic formulas, @samp{tzone(@var{zone}, @var{date})}
17388 computes the time zone adjustment for a given zone name at a
17389 given date.  The @var{date} is ignored unless @var{zone} is a
17390 generalized time zone.  If @var{date} is a date form, the
17391 daylight savings computation is applied to it as it appears.
17392 If @var{date} is a numeric date value, it is adjusted for the
17393 daylight-savings version of @var{zone} before being given to
17394 the daylight savings hook.  This odd-sounding rule ensures
17395 that the daylight-savings computation is always done in
17396 local time, not in the GMT time that a numeric @var{date}
17397 is typically represented in.
17399 @ignore
17400 @starindex
17401 @end ignore
17402 @tindex dsadj
17403 The @samp{dsadj(@var{date}, @var{zone})} function computes the
17404 daylight savings adjustment that is appropriate for @var{date} in
17405 time zone @var{zone}.  If @var{zone} is explicitly in or not in
17406 daylight savings time (e.g., @code{PDT} or @code{PST}) the
17407 @var{date} is ignored.  If @var{zone} is a generalized time zone,
17408 the algorithms described above are used.  If @var{zone} is omitted,
17409 the computation is done for the current time zone.
17411 @xref{Reporting Bugs}, for the address of Calc's author, if you
17412 should wish to contribute your improved versions of
17413 @code{math-tzone-names} and @code{math-daylight-savings-hook}
17414 to the Calc distribution.
17416 @node Financial Functions, Binary Functions, Date Arithmetic, Arithmetic
17417 @section Financial Functions
17419 @noindent
17420 Calc's financial or business functions use the @kbd{b} prefix
17421 key followed by a shifted letter.  (The @kbd{b} prefix followed by
17422 a lower-case letter is used for operations on binary numbers.)
17424 Note that the rate and the number of intervals given to these
17425 functions must be on the same time scale, e.g., both months or
17426 both years.  Mixing an annual interest rate with a time expressed
17427 in months will give you very wrong answers!
17429 It is wise to compute these functions to a higher precision than
17430 you really need, just to make sure your answer is correct to the
17431 last penny; also, you may wish to check the definitions at the end
17432 of this section to make sure the functions have the meaning you expect.
17434 @menu
17435 * Percentages::
17436 * Future Value::
17437 * Present Value::
17438 * Related Financial Functions::
17439 * Depreciation Functions::
17440 * Definitions of Financial Functions::
17441 @end menu
17443 @node Percentages, Future Value, Financial Functions, Financial Functions
17444 @subsection Percentages
17446 @kindex M-%
17447 @pindex calc-percent
17448 @tindex %
17449 @tindex percent
17450 The @kbd{M-%} (@code{calc-percent}) command takes a percentage value,
17451 say 5.4, and converts it to an equivalent actual number.  For example,
17452 @kbd{5.4 M-%} enters 0.054 on the stack.  (That's the @key{META} or
17453 @key{ESC} key combined with @kbd{%}.)
17455 Actually, @kbd{M-%} creates a formula of the form @samp{5.4%}.
17456 You can enter @samp{5.4%} yourself during algebraic entry.  The
17457 @samp{%} operator simply means, ``the preceding value divided by
17458 100.''  The @samp{%} operator has very high precedence, so that
17459 @samp{1+8%} is interpreted as @samp{1+(8%)}, not as @samp{(1+8)%}.
17460 (The @samp{%} operator is just a postfix notation for the
17461 @code{percent} function, just like @samp{20!} is the notation for
17462 @samp{fact(20)}, or twenty-factorial.)
17464 The formula @samp{5.4%} would normally evaluate immediately to
17465 0.054, but the @kbd{M-%} command suppresses evaluation as it puts
17466 the formula onto the stack.  However, the next Calc command that
17467 uses the formula @samp{5.4%} will evaluate it as its first step.
17468 The net effect is that you get to look at @samp{5.4%} on the stack,
17469 but Calc commands see it as @samp{0.054}, which is what they expect.
17471 In particular, @samp{5.4%} and @samp{0.054} are suitable values
17472 for the @var{rate} arguments of the various financial functions,
17473 but the number @samp{5.4} is probably @emph{not} suitable---it
17474 represents a rate of 540 percent!
17476 The key sequence @kbd{M-% *} effectively means ``percent-of.''
17477 For example, @kbd{68 @key{RET} 25 M-% *} computes 17, which is 25% of
17478 68 (and also 68% of 25, which comes out to the same thing).
17480 @kindex c %
17481 @pindex calc-convert-percent
17482 The @kbd{c %} (@code{calc-convert-percent}) command converts the
17483 value on the top of the stack from numeric to percentage form.
17484 For example, if 0.08 is on the stack, @kbd{c %} converts it to
17485 @samp{8%}.  The quantity is the same, it's just represented
17486 differently.  (Contrast this with @kbd{M-%}, which would convert
17487 this number to @samp{0.08%}.)  The @kbd{=} key is a convenient way
17488 to convert a formula like @samp{8%} back to numeric form, 0.08.
17490 To compute what percentage one quantity is of another quantity,
17491 use @kbd{/ c %}.  For example, @w{@kbd{17 @key{RET} 68 / c %}} displays
17492 @samp{25%}.
17494 @kindex b %
17495 @pindex calc-percent-change
17496 @tindex relch
17497 The @kbd{b %} (@code{calc-percent-change}) [@code{relch}] command
17498 calculates the percentage change from one number to another.
17499 For example, @kbd{40 @key{RET} 50 b %} produces the answer @samp{25%},
17500 since 50 is 25% larger than 40.  A negative result represents a
17501 decrease:  @kbd{50 @key{RET} 40 b %} produces @samp{-20%}, since 40 is
17502 20% smaller than 50.  (The answers are different in magnitude
17503 because, in the first case, we're increasing by 25% of 40, but
17504 in the second case, we're decreasing by 20% of 50.)  The effect
17505 of @kbd{40 @key{RET} 50 b %} is to compute @expr{(50-40)/40}, converting
17506 the answer to percentage form as if by @kbd{c %}.
17508 @node Future Value, Present Value, Percentages, Financial Functions
17509 @subsection Future Value
17511 @noindent
17512 @kindex b F
17513 @pindex calc-fin-fv
17514 @tindex fv
17515 The @kbd{b F} (@code{calc-fin-fv}) [@code{fv}] command computes
17516 the future value of an investment.  It takes three arguments
17517 from the stack:  @samp{fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17518 If you give payments of @var{payment} every year for @var{n}
17519 years, and the money you have paid earns interest at @var{rate} per
17520 year, then this function tells you what your investment would be
17521 worth at the end of the period.  (The actual interval doesn't
17522 have to be years, as long as @var{n} and @var{rate} are expressed
17523 in terms of the same intervals.)  This function assumes payments
17524 occur at the @emph{end} of each interval.
17526 @kindex I b F
17527 @tindex fvb
17528 The @kbd{I b F} [@code{fvb}] command does the same computation,
17529 but assuming your payments are at the beginning of each interval.
17530 Suppose you plan to deposit $1000 per year in a savings account
17531 earning 5.4% interest, starting right now.  How much will be
17532 in the account after five years?  @code{fvb(5.4%, 5, 1000) = 5870.73}.
17533 Thus you will have earned $870 worth of interest over the years.
17534 Using the stack, this calculation would have been
17535 @kbd{5.4 M-% 5 @key{RET} 1000 I b F}.  Note that the rate is expressed
17536 as a number between 0 and 1, @emph{not} as a percentage.
17538 @kindex H b F
17539 @tindex fvl
17540 The @kbd{H b F} [@code{fvl}] command computes the future value
17541 of an initial lump sum investment.  Suppose you could deposit
17542 those five thousand dollars in the bank right now; how much would
17543 they be worth in five years?  @code{fvl(5.4%, 5, 5000) = 6503.89}.
17545 The algebraic functions @code{fv} and @code{fvb} accept an optional
17546 fourth argument, which is used as an initial lump sum in the sense
17547 of @code{fvl}.  In other words, @code{fv(@var{rate}, @var{n},
17548 @var{payment}, @var{initial}) = fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})
17549 + fvl(@var{rate}, @var{n}, @var{initial})}.
17551 To illustrate the relationships between these functions, we could
17552 do the @code{fvb} calculation ``by hand'' using @code{fvl}.  The
17553 final balance will be the sum of the contributions of our five
17554 deposits at various times.  The first deposit earns interest for
17555 five years:  @code{fvl(5.4%, 5, 1000) = 1300.78}.  The second
17556 deposit only earns interest for four years:  @code{fvl(5.4%, 4, 1000) =
17557 1234.13}.  And so on down to the last deposit, which earns one
17558 year's interest:  @code{fvl(5.4%, 1, 1000) = 1054.00}.  The sum of
17559 these five values is, sure enough, $5870.73, just as was computed
17560 by @code{fvb} directly.
17562 What does @code{fv(5.4%, 5, 1000) = 5569.96} mean?  The payments
17563 are now at the ends of the periods.  The end of one year is the same
17564 as the beginning of the next, so what this really means is that we've
17565 lost the payment at year zero (which contributed $1300.78), but we're
17566 now counting the payment at year five (which, since it didn't have
17567 a chance to earn interest, counts as $1000).  Indeed, @expr{5569.96 =
17568 5870.73 - 1300.78 + 1000} (give or take a bit of roundoff error).
17570 @node Present Value, Related Financial Functions, Future Value, Financial Functions
17571 @subsection Present Value
17573 @noindent
17574 @kindex b P
17575 @pindex calc-fin-pv
17576 @tindex pv
17577 The @kbd{b P} (@code{calc-fin-pv}) [@code{pv}] command computes
17578 the present value of an investment.  Like @code{fv}, it takes
17579 three arguments:  @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17580 It computes the present value of a series of regular payments.
17581 Suppose you have the chance to make an investment that will
17582 pay $2000 per year over the next four years; as you receive
17583 these payments you can put them in the bank at 9% interest.
17584 You want to know whether it is better to make the investment, or
17585 to keep the money in the bank where it earns 9% interest right
17586 from the start.  The calculation @code{pv(9%, 4, 2000)} gives the
17587 result 6479.44.  If your initial investment must be less than this,
17588 say, $6000, then the investment is worthwhile.  But if you had to
17589 put up $7000, then it would be better just to leave it in the bank.
17591 Here is the interpretation of the result of @code{pv}:  You are
17592 trying to compare the return from the investment you are
17593 considering, which is @code{fv(9%, 4, 2000) = 9146.26}, with
17594 the return from leaving the money in the bank, which is
17595 @code{fvl(9%, 4, @var{x})} where @var{x} is the amount of money
17596 you would have to put up in advance.  The @code{pv} function
17597 finds the break-even point, @expr{x = 6479.44}, at which
17598 @code{fvl(9%, 4, 6479.44)} is also equal to 9146.26.  This is
17599 the largest amount you should be willing to invest.
17601 @kindex I b P
17602 @tindex pvb
17603 The @kbd{I b P} [@code{pvb}] command solves the same problem,
17604 but with payments occurring at the beginning of each interval.
17605 It has the same relationship to @code{fvb} as @code{pv} has
17606 to @code{fv}.  For example @code{pvb(9%, 4, 2000) = 7062.59},
17607 a larger number than @code{pv} produced because we get to start
17608 earning interest on the return from our investment sooner.
17610 @kindex H b P
17611 @tindex pvl
17612 The @kbd{H b P} [@code{pvl}] command computes the present value of
17613 an investment that will pay off in one lump sum at the end of the
17614 period.  For example, if we get our $8000 all at the end of the
17615 four years, @code{pvl(9%, 4, 8000) = 5667.40}.  This is much
17616 less than @code{pv} reported, because we don't earn any interest
17617 on the return from this investment.  Note that @code{pvl} and
17618 @code{fvl} are simple inverses:  @code{fvl(9%, 4, 5667.40) = 8000}.
17620 You can give an optional fourth lump-sum argument to @code{pv}
17621 and @code{pvb}; this is handled in exactly the same way as the
17622 fourth argument for @code{fv} and @code{fvb}.
17624 @kindex b N
17625 @pindex calc-fin-npv
17626 @tindex npv
17627 The @kbd{b N} (@code{calc-fin-npv}) [@code{npv}] command computes
17628 the net present value of a series of irregular investments.
17629 The first argument is the interest rate.  The second argument is
17630 a vector which represents the expected return from the investment
17631 at the end of each interval.  For example, if the rate represents
17632 a yearly interest rate, then the vector elements are the return
17633 from the first year, second year, and so on.
17635 Thus, @code{npv(9%, [2000,2000,2000,2000]) = pv(9%, 4, 2000) = 6479.44}.
17636 Obviously this function is more interesting when the payments are
17637 not all the same!
17639 The @code{npv} function can actually have two or more arguments.
17640 Multiple arguments are interpreted in the same way as for the
17641 vector statistical functions like @code{vsum}.
17642 @xref{Single-Variable Statistics}.  Basically, if there are several
17643 payment arguments, each either a vector or a plain number, all these
17644 values are collected left-to-right into the complete list of payments.
17645 A numeric prefix argument on the @kbd{b N} command says how many
17646 payment values or vectors to take from the stack.
17648 @kindex I b N
17649 @tindex npvb
17650 The @kbd{I b N} [@code{npvb}] command computes the net present
17651 value where payments occur at the beginning of each interval
17652 rather than at the end.
17654 @node Related Financial Functions, Depreciation Functions, Present Value, Financial Functions
17655 @subsection Related Financial Functions
17657 @noindent
17658 The functions in this section are basically inverses of the
17659 present value functions with respect to the various arguments.
17661 @kindex b M
17662 @pindex calc-fin-pmt
17663 @tindex pmt
17664 The @kbd{b M} (@code{calc-fin-pmt}) [@code{pmt}] command computes
17665 the amount of periodic payment necessary to amortize a loan.
17666 Thus @code{pmt(@var{rate}, @var{n}, @var{amount})} equals the
17667 value of @var{payment} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17668 @var{payment}) = @var{amount}}.
17670 @kindex I b M
17671 @tindex pmtb
17672 The @kbd{I b M} [@code{pmtb}] command does the same computation
17673 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  Like @code{pv} and
17674 @code{pvb}, these functions can also take a fourth argument which
17675 represents an initial lump-sum investment.
17677 @kindex H b M
17678 The @kbd{H b M} key just invokes the @code{fvl} function, which is
17679 the inverse of @code{pvl}.  There is no explicit @code{pmtl} function.
17681 @kindex b #
17682 @pindex calc-fin-nper
17683 @tindex nper
17684 The @kbd{b #} (@code{calc-fin-nper}) [@code{nper}] command computes
17685 the number of regular payments necessary to amortize a loan.
17686 Thus @code{nper(@var{rate}, @var{payment}, @var{amount})} equals
17687 the value of @var{n} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17688 @var{payment}) = @var{amount}}.  If @var{payment} is too small
17689 ever to amortize a loan for @var{amount} at interest rate @var{rate},
17690 the @code{nper} function is left in symbolic form.
17692 @kindex I b #
17693 @tindex nperb
17694 The @kbd{I b #} [@code{nperb}] command does the same computation
17695 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  You can give a fourth
17696 lump-sum argument to these functions, but the computation will be
17697 rather slow in the four-argument case.
17699 @kindex H b #
17700 @tindex nperl
17701 The @kbd{H b #} [@code{nperl}] command does the same computation
17702 using @code{pvl}.  By exchanging @var{payment} and @var{amount} you
17703 can also get the solution for @code{fvl}.  For example,
17704 @code{nperl(8%, 2000, 1000) = 9.006}, so if you place $1000 in a
17705 bank account earning 8%, it will take nine years to grow to $2000.
17707 @kindex b T
17708 @pindex calc-fin-rate
17709 @tindex rate
17710 The @kbd{b T} (@code{calc-fin-rate}) [@code{rate}] command computes
17711 the rate of return on an investment.  This is also an inverse of @code{pv}:
17712 @code{rate(@var{n}, @var{payment}, @var{amount})} computes the value of
17713 @var{rate} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment}) =
17714 @var{amount}}.  The result is expressed as a formula like @samp{6.3%}.
17716 @kindex I b T
17717 @kindex H b T
17718 @tindex rateb
17719 @tindex ratel
17720 The @kbd{I b T} [@code{rateb}] and @kbd{H b T} [@code{ratel}]
17721 commands solve the analogous equations with @code{pvb} or @code{pvl}
17722 in place of @code{pv}.  Also, @code{rate} and @code{rateb} can
17723 accept an optional fourth argument just like @code{pv} and @code{pvb}.
17724 To redo the above example from a different perspective,
17725 @code{ratel(9, 2000, 1000) = 8.00597%}, which says you will need an
17726 interest rate of 8% in order to double your account in nine years.
17728 @kindex b I
17729 @pindex calc-fin-irr
17730 @tindex irr
17731 The @kbd{b I} (@code{calc-fin-irr}) [@code{irr}] command is the
17732 analogous function to @code{rate} but for net present value.
17733 Its argument is a vector of payments.  Thus @code{irr(@var{payments})}
17734 computes the @var{rate} such that @code{npv(@var{rate}, @var{payments}) = 0};
17735 this rate is known as the @dfn{internal rate of return}.
17737 @kindex I b I
17738 @tindex irrb
17739 The @kbd{I b I} [@code{irrb}] command computes the internal rate of
17740 return assuming payments occur at the beginning of each period.
17742 @node Depreciation Functions, Definitions of Financial Functions, Related Financial Functions, Financial Functions
17743 @subsection Depreciation Functions
17745 @noindent
17746 The functions in this section calculate @dfn{depreciation}, which is
17747 the amount of value that a possession loses over time.  These functions
17748 are characterized by three parameters:  @var{cost}, the original cost
17749 of the asset; @var{salvage}, the value the asset will have at the end
17750 of its expected ``useful life''; and @var{life}, the number of years
17751 (or other periods) of the expected useful life.
17753 There are several methods for calculating depreciation that differ in
17754 the way they spread the depreciation over the lifetime of the asset.
17756 @kindex b S
17757 @pindex calc-fin-sln
17758 @tindex sln
17759 The @kbd{b S} (@code{calc-fin-sln}) [@code{sln}] command computes the
17760 ``straight-line'' depreciation.  In this method, the asset depreciates
17761 by the same amount every year (or period).  For example,
17762 @samp{sln(12000, 2000, 5)} returns 2000.  The asset costs $12000
17763 initially and will be worth $2000 after five years; it loses $2000
17764 per year.
17766 @kindex b Y
17767 @pindex calc-fin-syd
17768 @tindex syd
17769 The @kbd{b Y} (@code{calc-fin-syd}) [@code{syd}] command computes the
17770 accelerated ``sum-of-years'-digits'' depreciation.  Here the depreciation
17771 is higher during the early years of the asset's life.  Since the
17772 depreciation is different each year, @kbd{b Y} takes a fourth @var{period}
17773 parameter which specifies which year is requested, from 1 to @var{life}.
17774 If @var{period} is outside this range, the @code{syd} function will
17775 return zero.
17777 @kindex b D
17778 @pindex calc-fin-ddb
17779 @tindex ddb
17780 The @kbd{b D} (@code{calc-fin-ddb}) [@code{ddb}] command computes an
17781 accelerated depreciation using the double-declining balance method.
17782 It also takes a fourth @var{period} parameter.
17784 For symmetry, the @code{sln} function will accept a @var{period}
17785 parameter as well, although it will ignore its value except that the
17786 return value will as usual be zero if @var{period} is out of range.
17788 For example, pushing the vector @expr{[1,2,3,4,5]} (perhaps with @kbd{v x 5})
17789 and then mapping @kbd{V M ' [sln(12000,2000,5,$), syd(12000,2000,5,$),
17790 ddb(12000,2000,5,$)] @key{RET}} produces a matrix that allows us to compare
17791 the three depreciation methods:
17793 @example
17794 @group
17795 [ [ 2000, 3333, 4800 ]
17796   [ 2000, 2667, 2880 ]
17797   [ 2000, 2000, 1728 ]
17798   [ 2000, 1333,  592 ]
17799   [ 2000,  667,   0  ] ]
17800 @end group
17801 @end example
17803 @noindent
17804 (Values have been rounded to nearest integers in this figure.)
17805 We see that @code{sln} depreciates by the same amount each year,
17806 @kbd{syd} depreciates more at the beginning and less at the end,
17807 and @kbd{ddb} weights the depreciation even more toward the beginning.
17809 Summing columns with @kbd{V R : +} yields @expr{[10000, 10000, 10000]};
17810 the total depreciation in any method is (by definition) the
17811 difference between the cost and the salvage value.
17813 @node Definitions of Financial Functions, , Depreciation Functions, Financial Functions
17814 @subsection Definitions
17816 @noindent
17817 For your reference, here are the actual formulas used to compute
17818 Calc's financial functions.
17820 Calc will not evaluate a financial function unless the @var{rate} or
17821 @var{n} argument is known.  However, @var{payment} or @var{amount} can
17822 be a variable.  Calc expands these functions according to the
17823 formulas below for symbolic arguments only when you use the @kbd{a "}
17824 (@code{calc-expand-formula}) command, or when taking derivatives or
17825 integrals or solving equations involving the functions.
17827 @ifinfo
17828 These formulas are shown using the conventions of Big display
17829 mode (@kbd{d B}); for example, the formula for @code{fv} written
17830 linearly is @samp{pmt * ((1 + rate)^n) - 1) / rate}.
17832 @example
17833                                         n
17834                               (1 + rate)  - 1
17835 fv(rate, n, pmt) =      pmt * ---------------
17836                                    rate
17838                                          n
17839                               ((1 + rate)  - 1) (1 + rate)
17840 fvb(rate, n, pmt) =     pmt * ----------------------------
17841                                          rate
17843                                         n
17844 fvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17846                                             -n
17847                               1 - (1 + rate)
17848 pv(rate, n, pmt) =      pmt * ----------------
17849                                     rate
17851                                              -n
17852                               (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17853 pvb(rate, n, pmt) =     pmt * -----------------------------
17854                                          rate
17856                                         -n
17857 pvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17859                                     -1               -2               -3
17860 npv(rate, [a, b, c]) =  a*(1 + rate)   + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17862                                         -1               -2
17863 npvb(rate, [a, b, c]) = a + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17865                                              -n
17866                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17867 pmt(rate, n, amt, x) =  -------------------------------
17868                                              -n
17869                                1 - (1 + rate)
17871                                              -n
17872                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17873 pmtb(rate, n, amt, x) = -------------------------------
17874                                         -n
17875                          (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17877                                    amt * rate
17878 nper(rate, pmt, amt) =  - log(1 - ------------, 1 + rate)
17879                                       pmt
17881                                     amt * rate
17882 nperb(rate, pmt, amt) = - log(1 - ---------------, 1 + rate)
17883                                   pmt * (1 + rate)
17885                               amt
17886 nperl(rate, pmt, amt) = - log(---, 1 + rate)
17887                               pmt
17889                            1/n
17890                         pmt
17891 ratel(n, pmt, amt) =    ------ - 1
17892                            1/n
17893                         amt
17895                         cost - salv
17896 sln(cost, salv, life) = -----------
17897                            life
17899                              (cost - salv) * (life - per + 1)
17900 syd(cost, salv, life, per) = --------------------------------
17901                                   life * (life + 1) / 2
17903                              book * 2
17904 ddb(cost, salv, life, per) = --------,  book = cost - depreciation so far
17905                                life
17906 @end example
17907 @end ifinfo
17908 @tex
17909 \turnoffactive
17910 $$ \code{fv}(r, n, p) = p { (1 + r)^n - 1 \over r } $$
17911 $$ \code{fvb}(r, n, p) = p { ((1 + r)^n - 1) (1 + r) \over r } $$
17912 $$ \code{fvl}(r, n, p) = p (1 + r)^n $$
17913 $$ \code{pv}(r, n, p) = p { 1 - (1 + r)^{-n} \over r } $$
17914 $$ \code{pvb}(r, n, p) = p { (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) \over r } $$
17915 $$ \code{pvl}(r, n, p) = p (1 + r)^{-n} $$
17916 $$ \code{npv}(r, [a,b,c]) = a (1 + r)^{-1} + b (1 + r)^{-2} + c (1 + r)^{-3} $$
17917 $$ \code{npvb}(r, [a,b,c]) = a + b (1 + r)^{-1} + c (1 + r)^{-2} $$
17918 $$ \code{pmt}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over 1 - (1 + r)^{-n} }$$
17919 $$ \code{pmtb}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over
17920                                (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) } $$
17921 $$ \code{nper}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p }, 1 + r) $$
17922 $$ \code{nperb}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p (1 + r) }, 1 + r) $$
17923 $$ \code{nperl}(r, p, a) = -\code{log}({a \over p}, 1 + r) $$
17924 $$ \code{ratel}(n, p, a) = { p^{1/n} \over a^{1/n} } - 1 $$
17925 $$ \code{sln}(c, s, l) = { c - s \over l } $$
17926 $$ \code{syd}(c, s, l, p) = { (c - s) (l - p + 1) \over l (l+1) / 2 } $$
17927 $$ \code{ddb}(c, s, l, p) = { 2 (c - \hbox{depreciation so far}) \over l } $$
17928 @end tex
17930 @noindent
17931 In @code{pmt} and @code{pmtb}, @expr{x=0} if omitted.
17933 These functions accept any numeric objects, including error forms,
17934 intervals, and even (though not very usefully) complex numbers.  The
17935 above formulas specify exactly the behavior of these functions with
17936 all sorts of inputs.
17938 Note that if the first argument to the @code{log} in @code{nper} is
17939 negative, @code{nper} leaves itself in symbolic form rather than
17940 returning a (financially meaningless) complex number.
17942 @samp{rate(num, pmt, amt)} solves the equation
17943 @samp{pv(rate, num, pmt) = amt} for @samp{rate} using @kbd{H a R}
17944 (@code{calc-find-root}), with the interval @samp{[.01% .. 100%]}
17945 for an initial guess.  The @code{rateb} function is the same except
17946 that it uses @code{pvb}.  Note that @code{ratel} can be solved
17947 directly; its formula is shown in the above list.
17949 Similarly, @samp{irr(pmts)} solves the equation @samp{npv(rate, pmts) = 0}
17950 for @samp{rate}.
17952 If you give a fourth argument to @code{nper} or @code{nperb}, Calc
17953 will also use @kbd{H a R} to solve the equation using an initial
17954 guess interval of @samp{[0 .. 100]}.
17956 A fourth argument to @code{fv} simply sums the two components
17957 calculated from the above formulas for @code{fv} and @code{fvl}.
17958 The same is true of @code{fvb}, @code{pv}, and @code{pvb}.
17960 The @kbd{ddb} function is computed iteratively; the ``book'' value
17961 starts out equal to @var{cost}, and decreases according to the above
17962 formula for the specified number of periods.  If the book value
17963 would decrease below @var{salvage}, it only decreases to @var{salvage}
17964 and the depreciation is zero for all subsequent periods.  The @code{ddb}
17965 function returns the amount the book value decreased in the specified
17966 period.
17968 The Calc financial function names were borrowed mostly from Microsoft
17969 Excel and Borland's Quattro.  The @code{ratel} function corresponds to
17970 @samp{@@CGR} in Borland's Reflex.  The @code{nper} and @code{nperl}
17971 functions correspond to @samp{@@TERM} and @samp{@@CTERM} in Quattro,
17972 respectively.  Beware that the Calc functions may take their arguments
17973 in a different order than the corresponding functions in your favorite
17974 spreadsheet.
17976 @node Binary Functions, , Financial Functions, Arithmetic
17977 @section Binary Number Functions
17979 @noindent
17980 The commands in this chapter all use two-letter sequences beginning with
17981 the @kbd{b} prefix.
17983 @cindex Binary numbers
17984 The ``binary'' operations actually work regardless of the currently
17985 displayed radix, although their results make the most sense in a radix
17986 like 2, 8, or 16 (as obtained by the @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, or @w{@kbd{d 6}}
17987 commands, respectively).  You may also wish to enable display of leading
17988 zeros with @kbd{d z}.  @xref{Radix Modes}.
17990 @cindex Word size for binary operations
17991 The Calculator maintains a current @dfn{word size} @expr{w}, an
17992 arbitrary positive or negative integer.  For a positive word size, all
17993 of the binary operations described here operate modulo @expr{2^w}.  In
17994 particular, negative arguments are converted to positive integers modulo
17995 @expr{2^w} by all binary functions.
17997 If the word size is negative, binary operations produce 2's complement
17998 integers from 
17999 @texline @math{-2^{-w-1}}
18000 @infoline @expr{-(2^(-w-1))} 
18001 to 
18002 @texline @math{2^{-w-1}-1}
18003 @infoline @expr{2^(-w-1)-1} 
18004 inclusive.  Either mode accepts inputs in any range; the sign of
18005 @expr{w} affects only the results produced.
18007 @kindex b c
18008 @pindex calc-clip
18009 @tindex clip
18010 The @kbd{b c} (@code{calc-clip})
18011 [@code{clip}] command can be used to clip a number by reducing it modulo
18012 @expr{2^w}.  The commands described in this chapter automatically clip
18013 their results to the current word size.  Note that other operations like
18014 addition do not use the current word size, since integer addition
18015 generally is not ``binary.''  (However, @pxref{Simplification Modes},
18016 @code{calc-bin-simplify-mode}.)  For example, with a word size of 8
18017 bits @kbd{b c} converts a number to the range 0 to 255; with a word
18018 size of @mathit{-8} @kbd{b c} converts to the range @mathit{-128} to 127.
18020 @kindex b w
18021 @pindex calc-word-size
18022 The default word size is 32 bits.  All operations except the shifts and
18023 rotates allow you to specify a different word size for that one
18024 operation by giving a numeric prefix argument:  @kbd{C-u 8 b c} clips the
18025 top of stack to the range 0 to 255 regardless of the current word size.
18026 To set the word size permanently, use @kbd{b w} (@code{calc-word-size}).
18027 This command displays a prompt with the current word size; press @key{RET}
18028 immediately to keep this word size, or type a new word size at the prompt.
18030 When the binary operations are written in symbolic form, they take an
18031 optional second (or third) word-size parameter.  When a formula like
18032 @samp{and(a,b)} is finally evaluated, the word size current at that time
18033 will be used, but when @samp{and(a,b,-8)} is evaluated, a word size of
18034 @mathit{-8} will always be used.  A symbolic binary function will be left
18035 in symbolic form unless the all of its argument(s) are integers or
18036 integer-valued floats.
18038 If either or both arguments are modulo forms for which @expr{M} is a
18039 power of two, that power of two is taken as the word size unless a
18040 numeric prefix argument overrides it.  The current word size is never
18041 consulted when modulo-power-of-two forms are involved.
18043 @kindex b a
18044 @pindex calc-and
18045 @tindex and
18046 The @kbd{b a} (@code{calc-and}) [@code{and}] command computes the bitwise
18047 AND of the two numbers on the top of the stack.  In other words, for each
18048 of the @expr{w} binary digits of the two numbers (pairwise), the corresponding
18049 bit of the result is 1 if and only if both input bits are 1:
18050 @samp{and(2#1100, 2#1010) = 2#1000}.
18052 @kindex b o
18053 @pindex calc-or
18054 @tindex or
18055 The @kbd{b o} (@code{calc-or}) [@code{or}] command computes the bitwise
18056 inclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if either of the input bits, or
18057 both, are 1:  @samp{or(2#1100, 2#1010) = 2#1110}.
18059 @kindex b x
18060 @pindex calc-xor
18061 @tindex xor
18062 The @kbd{b x} (@code{calc-xor}) [@code{xor}] command computes the bitwise
18063 exclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if exactly one of the input bits
18064 is 1:  @samp{xor(2#1100, 2#1010) = 2#0110}.
18066 @kindex b d
18067 @pindex calc-diff
18068 @tindex diff
18069 The @kbd{b d} (@code{calc-diff}) [@code{diff}] command computes the bitwise
18070 difference of two numbers; this is defined by @samp{diff(a,b) = and(a,not(b))},
18071 so that @samp{diff(2#1100, 2#1010) = 2#0100}.
18073 @kindex b n
18074 @pindex calc-not
18075 @tindex not
18076 The @kbd{b n} (@code{calc-not}) [@code{not}] command computes the bitwise
18077 NOT of a number.  A bit is 1 if the input bit is 0 and vice-versa.
18079 @kindex b l
18080 @pindex calc-lshift-binary
18081 @tindex lsh
18082 The @kbd{b l} (@code{calc-lshift-binary}) [@code{lsh}] command shifts a
18083 number left by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
18084 prefix argument.  A negative prefix argument performs a logical right shift,
18085 in which zeros are shifted in on the left.  In symbolic form, @samp{lsh(a)}
18086 is short for @samp{lsh(a,1)}, which in turn is short for @samp{lsh(a,n,w)}.
18087 Bits shifted ``off the end,'' according to the current word size, are lost.
18089 @kindex H b l
18090 @kindex H b r
18091 @ignore
18092 @mindex @idots
18093 @end ignore
18094 @kindex H b L
18095 @ignore
18096 @mindex @null
18097 @end ignore
18098 @kindex H b R
18099 @ignore
18100 @mindex @null
18101 @end ignore
18102 @kindex H b t
18103 The @kbd{H b l} command also does a left shift, but it takes two arguments
18104 from the stack (the value to shift, and, at top-of-stack, the number of
18105 bits to shift).  This version interprets the prefix argument just like
18106 the regular binary operations, i.e., as a word size.  The Hyperbolic flag
18107 has a similar effect on the rest of the binary shift and rotate commands.
18109 @kindex b r
18110 @pindex calc-rshift-binary
18111 @tindex rsh
18112 The @kbd{b r} (@code{calc-rshift-binary}) [@code{rsh}] command shifts a
18113 number right by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
18114 prefix argument:  @samp{rsh(a,n) = lsh(a,-n)}.
18116 @kindex b L
18117 @pindex calc-lshift-arith
18118 @tindex ash
18119 The @kbd{b L} (@code{calc-lshift-arith}) [@code{ash}] command shifts a
18120 number left.  It is analogous to @code{lsh}, except that if the shift
18121 is rightward (the prefix argument is negative), an arithmetic shift
18122 is performed as described below.
18124 @kindex b R
18125 @pindex calc-rshift-arith
18126 @tindex rash
18127 The @kbd{b R} (@code{calc-rshift-arith}) [@code{rash}] command performs
18128 an ``arithmetic'' shift to the right, in which the leftmost bit (according
18129 to the current word size) is duplicated rather than shifting in zeros.
18130 This corresponds to dividing by a power of two where the input is interpreted
18131 as a signed, twos-complement number.  (The distinction between the @samp{rsh}
18132 and @samp{rash} operations is totally independent from whether the word
18133 size is positive or negative.)  With a negative prefix argument, this
18134 performs a standard left shift.
18136 @kindex b t
18137 @pindex calc-rotate-binary
18138 @tindex rot
18139 The @kbd{b t} (@code{calc-rotate-binary}) [@code{rot}] command rotates a
18140 number one bit to the left.  The leftmost bit (according to the current
18141 word size) is dropped off the left and shifted in on the right.  With a
18142 numeric prefix argument, the number is rotated that many bits to the left
18143 or right.
18145 @xref{Set Operations}, for the @kbd{b p} and @kbd{b u} commands that
18146 pack and unpack binary integers into sets.  (For example, @kbd{b u}
18147 unpacks the number @samp{2#11001} to the set of bit-numbers
18148 @samp{[0, 3, 4]}.)  Type @kbd{b u V #} to count the number of ``1''
18149 bits in a binary integer.
18151 Another interesting use of the set representation of binary integers
18152 is to reverse the bits in, say, a 32-bit integer.  Type @kbd{b u} to
18153 unpack; type @kbd{31 @key{TAB} -} to replace each bit-number in the set
18154 with 31 minus that bit-number; type @kbd{b p} to pack the set back
18155 into a binary integer.
18157 @node Scientific Functions, Matrix Functions, Arithmetic, Top
18158 @chapter Scientific Functions
18160 @noindent
18161 The functions described here perform trigonometric and other transcendental
18162 calculations.  They generally produce floating-point answers correct to the
18163 full current precision.  The @kbd{H} (Hyperbolic) and @kbd{I} (Inverse)
18164 flag keys must be used to get some of these functions from the keyboard.
18166 @kindex P
18167 @pindex calc-pi
18168 @cindex @code{pi} variable
18169 @vindex pi
18170 @kindex H P
18171 @cindex @code{e} variable
18172 @vindex e
18173 @kindex I P
18174 @cindex @code{gamma} variable
18175 @vindex gamma
18176 @cindex Gamma constant, Euler's
18177 @cindex Euler's gamma constant
18178 @kindex H I P
18179 @cindex @code{phi} variable
18180 @cindex Phi, golden ratio
18181 @cindex Golden ratio
18182 One miscellaneous command is shift-@kbd{P} (@code{calc-pi}), which pushes
18183 the value of @cpi{} (at the current precision) onto the stack.  With the
18184 Hyperbolic flag, it pushes the value @expr{e}, the base of natural logarithms.
18185 With the Inverse flag, it pushes Euler's constant 
18186 @texline @math{\gamma}
18187 @infoline @expr{gamma} 
18188 (about 0.5772).  With both Inverse and Hyperbolic, it
18189 pushes the ``golden ratio'' 
18190 @texline @math{\phi}
18191 @infoline @expr{phi} 
18192 (about 1.618).  (At present, Euler's constant is not available
18193 to unlimited precision; Calc knows only the first 100 digits.)
18194 In Symbolic mode, these commands push the
18195 actual variables @samp{pi}, @samp{e}, @samp{gamma}, and @samp{phi},
18196 respectively, instead of their values; @pxref{Symbolic Mode}.
18198 @ignore
18199 @mindex Q
18200 @end ignore
18201 @ignore
18202 @mindex I Q
18203 @end ignore
18204 @kindex I Q
18205 @tindex sqr
18206 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] function is described elsewhere;
18207 @pxref{Basic Arithmetic}.  With the Inverse flag [@code{sqr}], this command
18208 computes the square of the argument.
18210 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
18211 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
18212 interpret a prefix argument.
18214 @menu
18215 * Logarithmic Functions::
18216 * Trigonometric and Hyperbolic Functions::
18217 * Advanced Math Functions::
18218 * Branch Cuts::
18219 * Random Numbers::
18220 * Combinatorial Functions::
18221 * Probability Distribution Functions::
18222 @end menu
18224 @node Logarithmic Functions, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions, Scientific Functions
18225 @section Logarithmic Functions
18227 @noindent
18228 @kindex L
18229 @pindex calc-ln
18230 @tindex ln
18231 @ignore
18232 @mindex @null
18233 @end ignore
18234 @kindex I E
18235 The shift-@kbd{L} (@code{calc-ln}) [@code{ln}] command computes the natural
18236 logarithm of the real or complex number on the top of the stack.  With
18237 the Inverse flag it computes the exponential function instead, although
18238 this is redundant with the @kbd{E} command.
18240 @kindex E
18241 @pindex calc-exp
18242 @tindex exp
18243 @ignore
18244 @mindex @null
18245 @end ignore
18246 @kindex I L
18247 The shift-@kbd{E} (@code{calc-exp}) [@code{exp}] command computes the
18248 exponential, i.e., @expr{e} raised to the power of the number on the stack.
18249 The meanings of the Inverse and Hyperbolic flags follow from those for
18250 the @code{calc-ln} command.
18252 @kindex H L
18253 @kindex H E
18254 @pindex calc-log10
18255 @tindex log10
18256 @tindex exp10
18257 @ignore
18258 @mindex @null
18259 @end ignore
18260 @kindex H I L
18261 @ignore
18262 @mindex @null
18263 @end ignore
18264 @kindex H I E
18265 The @kbd{H L} (@code{calc-log10}) [@code{log10}] command computes the common
18266 (base-10) logarithm of a number.  (With the Inverse flag [@code{exp10}],
18267 it raises ten to a given power.)  Note that the common logarithm of a
18268 complex number is computed by taking the natural logarithm and dividing
18269 by 
18270 @texline @math{\ln10}.
18271 @infoline @expr{ln(10)}.
18273 @kindex B
18274 @kindex I B
18275 @pindex calc-log
18276 @tindex log
18277 @tindex alog
18278 The @kbd{B} (@code{calc-log}) [@code{log}] command computes a logarithm
18279 to any base.  For example, @kbd{1024 @key{RET} 2 B} produces 10, since
18280 @texline @math{2^{10} = 1024}.
18281 @infoline @expr{2^10 = 1024}.  
18282 In certain cases like @samp{log(3,9)}, the result
18283 will be either @expr{1:2} or @expr{0.5} depending on the current Fraction
18284 mode setting.  With the Inverse flag [@code{alog}], this command is
18285 similar to @kbd{^} except that the order of the arguments is reversed.
18287 @kindex f I
18288 @pindex calc-ilog
18289 @tindex ilog
18290 The @kbd{f I} (@code{calc-ilog}) [@code{ilog}] command computes the
18291 integer logarithm of a number to any base.  The number and the base must
18292 themselves be positive integers.  This is the true logarithm, rounded
18293 down to an integer.  Thus @kbd{ilog(x,10)} is 3 for all @expr{x} in the
18294 range from 1000 to 9999.  If both arguments are positive integers, exact
18295 integer arithmetic is used; otherwise, this is equivalent to
18296 @samp{floor(log(x,b))}.
18298 @kindex f E
18299 @pindex calc-expm1
18300 @tindex expm1
18301 The @kbd{f E} (@code{calc-expm1}) [@code{expm1}] command computes
18302 @texline @math{e^x - 1},
18303 @infoline @expr{exp(x)-1}, 
18304 but using an algorithm that produces a more accurate
18305 answer when the result is close to zero, i.e., when 
18306 @texline @math{e^x}
18307 @infoline @expr{exp(x)} 
18308 is close to one.
18310 @kindex f L
18311 @pindex calc-lnp1
18312 @tindex lnp1
18313 The @kbd{f L} (@code{calc-lnp1}) [@code{lnp1}] command computes
18314 @texline @math{\ln(x+1)},
18315 @infoline @expr{ln(x+1)}, 
18316 producing a more accurate answer when @expr{x} is close to zero.
18318 @node Trigonometric and Hyperbolic Functions, Advanced Math Functions, Logarithmic Functions, Scientific Functions
18319 @section Trigonometric/Hyperbolic Functions
18321 @noindent
18322 @kindex S
18323 @pindex calc-sin
18324 @tindex sin
18325 The shift-@kbd{S} (@code{calc-sin}) [@code{sin}] command computes the sine
18326 of an angle or complex number.  If the input is an HMS form, it is interpreted
18327 as degrees-minutes-seconds; otherwise, the input is interpreted according
18328 to the current angular mode.  It is best to use Radians mode when operating
18329 on complex numbers.
18331 Calc's ``units'' mechanism includes angular units like @code{deg},
18332 @code{rad}, and @code{grad}.  While @samp{sin(45 deg)} is not evaluated
18333 all the time, the @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command will
18334 simplify @samp{sin(45 deg)} by taking the sine of 45 degrees, regardless
18335 of the current angular mode.  @xref{Basic Operations on Units}.
18337 Also, the symbolic variable @code{pi} is not ordinarily recognized in
18338 arguments to trigonometric functions, as in @samp{sin(3 pi / 4)}, but
18339 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command recognizes many such
18340 formulas when the current angular mode is Radians @emph{and} Symbolic
18341 mode is enabled; this example would be replaced by @samp{sqrt(2) / 2}.
18342 @xref{Symbolic Mode}.  Beware, this simplification occurs even if you
18343 have stored a different value in the variable @samp{pi}; this is one
18344 reason why changing built-in variables is a bad idea.  Arguments of
18345 the form @expr{x} plus a multiple of @cpiover{2} are also simplified.
18346 Calc includes similar formulas for @code{cos} and @code{tan}.
18348 The @kbd{a s} command knows all angles which are integer multiples of
18349 @cpiover{12}, @cpiover{10}, or @cpiover{8} radians.  In Degrees mode,
18350 analogous simplifications occur for integer multiples of 15 or 18
18351 degrees, and for arguments plus multiples of 90 degrees.
18353 @kindex I S
18354 @pindex calc-arcsin
18355 @tindex arcsin
18356 With the Inverse flag, @code{calc-sin} computes an arcsine.  This is also
18357 available as the @code{calc-arcsin} command or @code{arcsin} algebraic
18358 function.  The returned argument is converted to degrees, radians, or HMS
18359 notation depending on the current angular mode.
18361 @kindex H S
18362 @pindex calc-sinh
18363 @tindex sinh
18364 @kindex H I S
18365 @pindex calc-arcsinh
18366 @tindex arcsinh
18367 With the Hyperbolic flag, @code{calc-sin} computes the hyperbolic
18368 sine, also available as @code{calc-sinh} [@code{sinh}].  With the
18369 Hyperbolic and Inverse flags, it computes the hyperbolic arcsine
18370 (@code{calc-arcsinh}) [@code{arcsinh}].
18372 @kindex C
18373 @pindex calc-cos
18374 @tindex cos
18375 @ignore
18376 @mindex @idots
18377 @end ignore
18378 @kindex I C
18379 @pindex calc-arccos
18380 @ignore
18381 @mindex @null
18382 @end ignore
18383 @tindex arccos
18384 @ignore
18385 @mindex @null
18386 @end ignore
18387 @kindex H C
18388 @pindex calc-cosh
18389 @ignore
18390 @mindex @null
18391 @end ignore
18392 @tindex cosh
18393 @ignore
18394 @mindex @null
18395 @end ignore
18396 @kindex H I C
18397 @pindex calc-arccosh
18398 @ignore
18399 @mindex @null
18400 @end ignore
18401 @tindex arccosh
18402 @ignore
18403 @mindex @null
18404 @end ignore
18405 @kindex T
18406 @pindex calc-tan
18407 @ignore
18408 @mindex @null
18409 @end ignore
18410 @tindex tan
18411 @ignore
18412 @mindex @null
18413 @end ignore
18414 @kindex I T
18415 @pindex calc-arctan
18416 @ignore
18417 @mindex @null
18418 @end ignore
18419 @tindex arctan
18420 @ignore
18421 @mindex @null
18422 @end ignore
18423 @kindex H T
18424 @pindex calc-tanh
18425 @ignore
18426 @mindex @null
18427 @end ignore
18428 @tindex tanh
18429 @ignore
18430 @mindex @null
18431 @end ignore
18432 @kindex H I T
18433 @pindex calc-arctanh
18434 @ignore
18435 @mindex @null
18436 @end ignore
18437 @tindex arctanh
18438 The shift-@kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}] command computes the cosine
18439 of an angle or complex number, and shift-@kbd{T} (@code{calc-tan}) [@code{tan}]
18440 computes the tangent, along with all the various inverse and hyperbolic
18441 variants of these functions.
18443 @kindex f T
18444 @pindex calc-arctan2
18445 @tindex arctan2
18446 The @kbd{f T} (@code{calc-arctan2}) [@code{arctan2}] command takes two
18447 numbers from the stack and computes the arc tangent of their ratio.  The
18448 result is in the full range from @mathit{-180} (exclusive) to @mathit{+180}
18449 (inclusive) degrees, or the analogous range in radians.  A similar
18450 result would be obtained with @kbd{/} followed by @kbd{I T}, but the
18451 value would only be in the range from @mathit{-90} to @mathit{+90} degrees
18452 since the division loses information about the signs of the two
18453 components, and an error might result from an explicit division by zero
18454 which @code{arctan2} would avoid.  By (arbitrary) definition,
18455 @samp{arctan2(0,0)=0}.
18457 @pindex calc-sincos
18458 @ignore
18459 @starindex
18460 @end ignore
18461 @tindex sincos
18462 @ignore
18463 @starindex
18464 @end ignore
18465 @ignore
18466 @mindex arc@idots
18467 @end ignore
18468 @tindex arcsincos
18469 The @code{calc-sincos} [@code{sincos}] command computes the sine and
18470 cosine of a number, returning them as a vector of the form
18471 @samp{[@var{cos}, @var{sin}]}.
18472 With the Inverse flag [@code{arcsincos}], this command takes a two-element
18473 vector as an argument and computes @code{arctan2} of the elements.
18474 (This command does not accept the Hyperbolic flag.)
18476 @pindex calc-sec
18477 @tindex sec
18478 @pindex calc-csc
18479 @tindex csc
18480 @pindex calc-cot
18481 @tindex cot
18482 @pindex calc-sech
18483 @tindex sech
18484 @pindex calc-csch
18485 @tindex csch
18486 @pindex calc-coth
18487 @tindex coth
18488 The remaining trigonometric functions, @code{calc-sec} [@code{sec}],
18489 @code{calc-csc} [@code{csc}] and @code{calc-sec} [@code{sec}], are also
18490 available.  With the Hyperbolic flag, these compute their hyperbolic
18491 counterparts, which are also available separately as @code{calc-sech}
18492 [@code{sech}], @code{calc-csch} [@code{csch}] and @code{calc-sech}
18493 [@code{sech}].  (These commmands do not accept the Inverse flag.)
18495 @node Advanced Math Functions, Branch Cuts, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions
18496 @section Advanced Mathematical Functions
18498 @noindent
18499 Calc can compute a variety of less common functions that arise in
18500 various branches of mathematics.  All of the functions described in
18501 this section allow arbitrary complex arguments and, except as noted,
18502 will work to arbitrarily large precisions.  They can not at present
18503 handle error forms or intervals as arguments.
18505 NOTE:  These functions are still experimental.  In particular, their
18506 accuracy is not guaranteed in all domains.  It is advisable to set the
18507 current precision comfortably higher than you actually need when
18508 using these functions.  Also, these functions may be impractically
18509 slow for some values of the arguments.
18511 @kindex f g
18512 @pindex calc-gamma
18513 @tindex gamma
18514 The @kbd{f g} (@code{calc-gamma}) [@code{gamma}] command computes the Euler
18515 gamma function.  For positive integer arguments, this is related to the
18516 factorial function:  @samp{gamma(n+1) = fact(n)}.  For general complex
18517 arguments the gamma function can be defined by the following definite
18518 integral:  
18519 @texline @math{\Gamma(a) = \int_0^\infty t^{a-1} e^t dt}.
18520 @infoline @expr{gamma(a) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, inf)}.  
18521 (The actual implementation uses far more efficient computational methods.)
18523 @kindex f G
18524 @tindex gammaP
18525 @ignore
18526 @mindex @idots
18527 @end ignore
18528 @kindex I f G
18529 @ignore
18530 @mindex @null
18531 @end ignore
18532 @kindex H f G
18533 @ignore
18534 @mindex @null
18535 @end ignore
18536 @kindex H I f G
18537 @pindex calc-inc-gamma
18538 @ignore
18539 @mindex @null
18540 @end ignore
18541 @tindex gammaQ
18542 @ignore
18543 @mindex @null
18544 @end ignore
18545 @tindex gammag
18546 @ignore
18547 @mindex @null
18548 @end ignore
18549 @tindex gammaG
18550 The @kbd{f G} (@code{calc-inc-gamma}) [@code{gammaP}] command computes
18551 the incomplete gamma function, denoted @samp{P(a,x)}.  This is defined by
18552 the integral, 
18553 @texline @math{P(a,x) = \left( \int_0^x t^{a-1} e^t dt \right) / \Gamma(a)}.
18554 @infoline @expr{gammaP(a,x) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, x) / gamma(a)}.
18555 This implies that @samp{gammaP(a,inf) = 1} for any @expr{a} (see the
18556 definition of the normal gamma function).
18558 Several other varieties of incomplete gamma function are defined.
18559 The complement of @expr{P(a,x)}, called @expr{Q(a,x) = 1-P(a,x)} by
18560 some authors, is computed by the @kbd{I f G} [@code{gammaQ}] command.
18561 You can think of this as taking the other half of the integral, from
18562 @expr{x} to infinity.
18564 @ifinfo
18565 The functions corresponding to the integrals that define @expr{P(a,x)}
18566 and @expr{Q(a,x)} but without the normalizing @expr{1/gamma(a)}
18567 factor are called @expr{g(a,x)} and @expr{G(a,x)}, respectively
18568 (where @expr{g} and @expr{G} represent the lower- and upper-case Greek
18569 letter gamma).  You can obtain these using the @kbd{H f G} [@code{gammag}]
18570 and @kbd{H I f G} [@code{gammaG}] commands.
18571 @end ifinfo
18572 @tex
18573 \turnoffactive
18574 The functions corresponding to the integrals that define $P(a,x)$
18575 and $Q(a,x)$ but without the normalizing $1/\Gamma(a)$
18576 factor are called $\gamma(a,x)$ and $\Gamma(a,x)$, respectively.
18577 You can obtain these using the \kbd{H f G} [\code{gammag}] and
18578 \kbd{I H f G} [\code{gammaG}] commands.
18579 @end tex
18581 @kindex f b
18582 @pindex calc-beta
18583 @tindex beta
18584 The @kbd{f b} (@code{calc-beta}) [@code{beta}] command computes the
18585 Euler beta function, which is defined in terms of the gamma function as
18586 @texline @math{B(a,b) = \Gamma(a) \Gamma(b) / \Gamma(a+b)},
18587 @infoline @expr{beta(a,b) = gamma(a) gamma(b) / gamma(a+b)}, 
18588 or by
18589 @texline @math{B(a,b) = \int_0^1 t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt}.
18590 @infoline @expr{beta(a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, 1)}.
18592 @kindex f B
18593 @kindex H f B
18594 @pindex calc-inc-beta
18595 @tindex betaI
18596 @tindex betaB
18597 The @kbd{f B} (@code{calc-inc-beta}) [@code{betaI}] command computes
18598 the incomplete beta function @expr{I(x,a,b)}.  It is defined by
18599 @texline @math{I(x,a,b) = \left( \int_0^x t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt \right) / B(a,b)}.
18600 @infoline @expr{betaI(x,a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, x) / beta(a,b)}.
18601 Once again, the @kbd{H} (hyperbolic) prefix gives the corresponding
18602 un-normalized version [@code{betaB}].
18604 @kindex f e
18605 @kindex I f e
18606 @pindex calc-erf
18607 @tindex erf
18608 @tindex erfc
18609 The @kbd{f e} (@code{calc-erf}) [@code{erf}] command computes the
18610 error function 
18611 @texline @math{\hbox{erf}(x) = {2 \over \sqrt{\pi}} \int_0^x e^{-t^2} dt}.
18612 @infoline @expr{erf(x) = 2 integ(exp(-(t^2)), t, 0, x) / sqrt(pi)}.
18613 The complementary error function @kbd{I f e} (@code{calc-erfc}) [@code{erfc}]
18614 is the corresponding integral from @samp{x} to infinity; the sum
18615 @texline @math{\hbox{erf}(x) + \hbox{erfc}(x) = 1}.
18616 @infoline @expr{erf(x) + erfc(x) = 1}.
18618 @kindex f j
18619 @kindex f y
18620 @pindex calc-bessel-J
18621 @pindex calc-bessel-Y
18622 @tindex besJ
18623 @tindex besY
18624 The @kbd{f j} (@code{calc-bessel-J}) [@code{besJ}] and @kbd{f y}
18625 (@code{calc-bessel-Y}) [@code{besY}] commands compute the Bessel
18626 functions of the first and second kinds, respectively.
18627 In @samp{besJ(n,x)} and @samp{besY(n,x)} the ``order'' parameter
18628 @expr{n} is often an integer, but is not required to be one.
18629 Calc's implementation of the Bessel functions currently limits the
18630 precision to 8 digits, and may not be exact even to that precision.
18631 Use with care!
18633 @node Branch Cuts, Random Numbers, Advanced Math Functions, Scientific Functions
18634 @section Branch Cuts and Principal Values
18636 @noindent
18637 @cindex Branch cuts
18638 @cindex Principal values
18639 All of the logarithmic, trigonometric, and other scientific functions are
18640 defined for complex numbers as well as for reals.
18641 This section describes the values
18642 returned in cases where the general result is a family of possible values.
18643 Calc follows section 12.5.3 of Steele's @dfn{Common Lisp, the Language},
18644 second edition, in these matters.  This section will describe each
18645 function briefly; for a more detailed discussion (including some nifty
18646 diagrams), consult Steele's book.
18648 Note that the branch cuts for @code{arctan} and @code{arctanh} were
18649 changed between the first and second editions of Steele.  Versions of
18650 Calc starting with 2.00 follow the second edition.
18652 The new branch cuts exactly match those of the HP-28/48 calculators.
18653 They also match those of Mathematica 1.2, except that Mathematica's
18654 @code{arctan} cut is always in the right half of the complex plane,
18655 and its @code{arctanh} cut is always in the top half of the plane.
18656 Calc's cuts are continuous with quadrants I and III for @code{arctan},
18657 or II and IV for @code{arctanh}.
18659 Note:  The current implementations of these functions with complex arguments
18660 are designed with proper behavior around the branch cuts in mind, @emph{not}
18661 efficiency or accuracy.  You may need to increase the floating precision
18662 and wait a while to get suitable answers from them.
18664 For @samp{sqrt(a+bi)}:  When @expr{a<0} and @expr{b} is small but positive
18665 or zero, the result is close to the @expr{+i} axis.  For @expr{b} small and
18666 negative, the result is close to the @expr{-i} axis.  The result always lies
18667 in the right half of the complex plane.
18669 For @samp{ln(a+bi)}:  The real part is defined as @samp{ln(abs(a+bi))}.
18670 The imaginary part is defined as @samp{arg(a+bi) = arctan2(b,a)}.
18671 Thus the branch cuts for @code{sqrt} and @code{ln} both lie on the
18672 negative real axis.
18674 The following table describes these branch cuts in another way.
18675 If the real and imaginary parts of @expr{z} are as shown, then
18676 the real and imaginary parts of @expr{f(z)} will be as shown.
18677 Here @code{eps} stands for a small positive value; each
18678 occurrence of @code{eps} may stand for a different small value.
18680 @smallexample
18681      z           sqrt(z)       ln(z)
18682 ----------------------------------------
18683    +,   0         +,  0       any, 0
18684    -,   0         0,  +       any, pi
18685    -, +eps      +eps, +      +eps, +
18686    -, -eps      +eps, -      +eps, -
18687 @end smallexample
18689 For @samp{z1^z2}:  This is defined by @samp{exp(ln(z1)*z2)}.
18690 One interesting consequence of this is that @samp{(-8)^1:3} does
18691 not evaluate to @mathit{-2} as you might expect, but to the complex
18692 number @expr{(1., 1.732)}.  Both of these are valid cube roots
18693 of @mathit{-8} (as is @expr{(1., -1.732)}); Calc chooses a perhaps
18694 less-obvious root for the sake of mathematical consistency.
18696 For @samp{arcsin(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(i*z + sqrt(1-z^2))}.
18697 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18699 For @samp{arccos(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(z + i*sqrt(1-z^2))},
18700 or equivalently by @samp{pi/2 - arcsin(z)}.  The branch cuts are on
18701 the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18703 For @samp{arctan(z)}:  This is defined by
18704 @samp{(ln(1+i*z) - ln(1-i*z)) / (2*i)}.  The branch cuts are on the
18705 imaginary axis, below @expr{-i} and above @expr{i}.
18707 For @samp{arcsinh(z)}:  This is defined by @samp{ln(z + sqrt(1+z^2))}.
18708 The branch cuts are on the imaginary axis, below @expr{-i} and
18709 above @expr{i}.
18711 For @samp{arccosh(z)}:  This is defined by
18712 @samp{ln(z + (z+1)*sqrt((z-1)/(z+1)))}.  The branch cut is on the
18713 real axis less than 1.
18715 For @samp{arctanh(z)}:  This is defined by @samp{(ln(1+z) - ln(1-z)) / 2}.
18716 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18718 The following tables for @code{arcsin}, @code{arccos}, and
18719 @code{arctan} assume the current angular mode is Radians.  The
18720 hyperbolic functions operate independently of the angular mode.
18722 @smallexample
18723        z             arcsin(z)            arccos(z)
18724 -------------------------------------------------------
18725  (-1..1),  0      (-pi/2..pi/2), 0       (0..pi), 0
18726  (-1..1), +eps    (-pi/2..pi/2), +eps    (0..pi), -eps
18727  (-1..1), -eps    (-pi/2..pi/2), -eps    (0..pi), +eps
18728    <-1,    0          -pi/2,     +         pi,    -
18729    <-1,  +eps      -pi/2 + eps,  +      pi - eps, -
18730    <-1,  -eps      -pi/2 + eps,  -      pi - eps, +
18731     >1,    0           pi/2,     -          0,    +
18732     >1,  +eps       pi/2 - eps,  +        +eps,   -
18733     >1,  -eps       pi/2 - eps,  -        +eps,   +
18734 @end smallexample
18736 @smallexample
18737        z            arccosh(z)         arctanh(z)
18738 -----------------------------------------------------
18739  (-1..1),  0        0,  (0..pi)       any,     0
18740  (-1..1), +eps    +eps, (0..pi)       any,    +eps
18741  (-1..1), -eps    +eps, (-pi..0)      any,    -eps
18742    <-1,    0        +,    pi           -,     pi/2
18743    <-1,  +eps       +,  pi - eps       -,  pi/2 - eps
18744    <-1,  -eps       +, -pi + eps       -, -pi/2 + eps
18745     >1,    0        +,     0           +,    -pi/2
18746     >1,  +eps       +,   +eps          +,  pi/2 - eps
18747     >1,  -eps       +,   -eps          +, -pi/2 + eps
18748 @end smallexample
18750 @smallexample
18751        z           arcsinh(z)           arctan(z)
18752 -----------------------------------------------------
18753    0, (-1..1)    0, (-pi/2..pi/2)         0,     any
18754    0,   <-1      -,    -pi/2            -pi/2,    -
18755  +eps,  <-1      +, -pi/2 + eps       pi/2 - eps, -
18756  -eps,  <-1      -, -pi/2 + eps      -pi/2 + eps, -
18757    0,    >1      +,     pi/2             pi/2,    +
18758  +eps,   >1      +,  pi/2 - eps       pi/2 - eps, +
18759  -eps,   >1      -,  pi/2 - eps      -pi/2 + eps, +
18760 @end smallexample
18762 Finally, the following identities help to illustrate the relationship
18763 between the complex trigonometric and hyperbolic functions.  They
18764 are valid everywhere, including on the branch cuts.
18766 @smallexample
18767 sin(i*z)  = i*sinh(z)       arcsin(i*z)  = i*arcsinh(z)
18768 cos(i*z)  =   cosh(z)       arcsinh(i*z) = i*arcsin(z)
18769 tan(i*z)  = i*tanh(z)       arctan(i*z)  = i*arctanh(z)
18770 sinh(i*z) = i*sin(z)        cosh(i*z)    =   cos(z)
18771 @end smallexample
18773 The ``advanced math'' functions (gamma, Bessel, etc.@:) are also defined
18774 for general complex arguments, but their branch cuts and principal values
18775 are not rigorously specified at present.
18777 @node Random Numbers, Combinatorial Functions, Branch Cuts, Scientific Functions
18778 @section Random Numbers
18780 @noindent
18781 @kindex k r
18782 @pindex calc-random
18783 @tindex random
18784 The @kbd{k r} (@code{calc-random}) [@code{random}] command produces
18785 random numbers of various sorts.
18787 Given a positive numeric prefix argument @expr{M}, it produces a random
18788 integer @expr{N} in the range 
18789 @texline @math{0 \le N < M}.
18790 @infoline @expr{0 <= N < M}.  
18791 Each of the @expr{M} values appears with equal probability.
18793 With no numeric prefix argument, the @kbd{k r} command takes its argument
18794 from the stack instead.  Once again, if this is a positive integer @expr{M}
18795 the result is a random integer less than @expr{M}.  However, note that
18796 while numeric prefix arguments are limited to six digits or so, an @expr{M}
18797 taken from the stack can be arbitrarily large.  If @expr{M} is negative,
18798 the result is a random integer in the range 
18799 @texline @math{M < N \le 0}.
18800 @infoline @expr{M < N <= 0}.
18802 If the value on the stack is a floating-point number @expr{M}, the result
18803 is a random floating-point number @expr{N} in the range 
18804 @texline @math{0 \le N < M}
18805 @infoline @expr{0 <= N < M}
18806 or 
18807 @texline @math{M < N \le 0},
18808 @infoline @expr{M < N <= 0}, 
18809 according to the sign of @expr{M}.
18811 If @expr{M} is zero, the result is a Gaussian-distributed random real
18812 number; the distribution has a mean of zero and a standard deviation
18813 of one.  The algorithm used generates random numbers in pairs; thus,
18814 every other call to this function will be especially fast.
18816 If @expr{M} is an error form 
18817 @texline @math{m} @code{+/-} @math{\sigma}
18818 @infoline @samp{m +/- s} 
18819 where @var{m} and 
18820 @texline @math{\sigma}
18821 @infoline @var{s} 
18822 are both real numbers, the result uses a Gaussian distribution with mean
18823 @var{m} and standard deviation 
18824 @texline @math{\sigma}.
18825 @infoline @var{s}.
18827 If @expr{M} is an interval form, the lower and upper bounds specify the
18828 acceptable limits of the random numbers.  If both bounds are integers,
18829 the result is a random integer in the specified range.  If either bound
18830 is floating-point, the result is a random real number in the specified
18831 range.  If the interval is open at either end, the result will be sure
18832 not to equal that end value.  (This makes a big difference for integer
18833 intervals, but for floating-point intervals it's relatively minor:
18834 with a precision of 6, @samp{random([1.0..2.0))} will return any of one
18835 million numbers from 1.00000 to 1.99999; @samp{random([1.0..2.0])} may
18836 additionally return 2.00000, but the probability of this happening is
18837 extremely small.)
18839 If @expr{M} is a vector, the result is one element taken at random from
18840 the vector.  All elements of the vector are given equal probabilities.
18842 @vindex RandSeed
18843 The sequence of numbers produced by @kbd{k r} is completely random by
18844 default, i.e., the sequence is seeded each time you start Calc using
18845 the current time and other information.  You can get a reproducible
18846 sequence by storing a particular ``seed value'' in the Calc variable
18847 @code{RandSeed}.  Any integer will do for a seed; integers of from 1
18848 to 12 digits are good.  If you later store a different integer into
18849 @code{RandSeed}, Calc will switch to a different pseudo-random
18850 sequence.  If you ``unstore'' @code{RandSeed}, Calc will re-seed itself
18851 from the current time.  If you store the same integer that you used
18852 before back into @code{RandSeed}, you will get the exact same sequence
18853 of random numbers as before.
18855 @pindex calc-rrandom
18856 The @code{calc-rrandom} command (not on any key) produces a random real
18857 number between zero and one.  It is equivalent to @samp{random(1.0)}.
18859 @kindex k a
18860 @pindex calc-random-again
18861 The @kbd{k a} (@code{calc-random-again}) command produces another random
18862 number, re-using the most recent value of @expr{M}.  With a numeric
18863 prefix argument @var{n}, it produces @var{n} more random numbers using
18864 that value of @expr{M}.
18866 @kindex k h
18867 @pindex calc-shuffle
18868 @tindex shuffle
18869 The @kbd{k h} (@code{calc-shuffle}) command produces a vector of several
18870 random values with no duplicates.  The value on the top of the stack
18871 specifies the set from which the random values are drawn, and may be any
18872 of the @expr{M} formats described above.  The numeric prefix argument
18873 gives the length of the desired list.  (If you do not provide a numeric
18874 prefix argument, the length of the list is taken from the top of the
18875 stack, and @expr{M} from second-to-top.)
18877 If @expr{M} is a floating-point number, zero, or an error form (so
18878 that the random values are being drawn from the set of real numbers)
18879 there is little practical difference between using @kbd{k h} and using
18880 @kbd{k r} several times.  But if the set of possible values consists
18881 of just a few integers, or the elements of a vector, then there is
18882 a very real chance that multiple @kbd{k r}'s will produce the same
18883 number more than once.  The @kbd{k h} command produces a vector whose
18884 elements are always distinct.  (Actually, there is a slight exception:
18885 If @expr{M} is a vector, no given vector element will be drawn more
18886 than once, but if several elements of @expr{M} are equal, they may
18887 each make it into the result vector.)
18889 One use of @kbd{k h} is to rearrange a list at random.  This happens
18890 if the prefix argument is equal to the number of values in the list:
18891 @kbd{[1, 1.5, 2, 2.5, 3] 5 k h} might produce the permuted list
18892 @samp{[2.5, 1, 1.5, 3, 2]}.  As a convenient feature, if the argument
18893 @var{n} is negative it is replaced by the size of the set represented
18894 by @expr{M}.  Naturally, this is allowed only when @expr{M} specifies
18895 a small discrete set of possibilities.
18897 To do the equivalent of @kbd{k h} but with duplications allowed,
18898 given @expr{M} on the stack and with @var{n} just entered as a numeric
18899 prefix, use @kbd{v b} to build a vector of copies of @expr{M}, then use
18900 @kbd{V M k r} to ``map'' the normal @kbd{k r} function over the
18901 elements of this vector.  @xref{Matrix Functions}.
18903 @menu
18904 * Random Number Generator::     (Complete description of Calc's algorithm)
18905 @end menu
18907 @node Random Number Generator, , Random Numbers, Random Numbers
18908 @subsection Random Number Generator
18910 Calc's random number generator uses several methods to ensure that
18911 the numbers it produces are highly random.  Knuth's @emph{Art of
18912 Computer Programming}, Volume II, contains a thorough description
18913 of the theory of random number generators and their measurement and
18914 characterization.
18916 If @code{RandSeed} has no stored value, Calc calls Emacs' built-in
18917 @code{random} function to get a stream of random numbers, which it
18918 then treats in various ways to avoid problems inherent in the simple
18919 random number generators that many systems use to implement @code{random}.
18921 When Calc's random number generator is first invoked, it ``seeds''
18922 the low-level random sequence using the time of day, so that the
18923 random number sequence will be different every time you use Calc.
18925 Since Emacs Lisp doesn't specify the range of values that will be
18926 returned by its @code{random} function, Calc exercises the function
18927 several times to estimate the range.  When Calc subsequently uses
18928 the @code{random} function, it takes only 10 bits of the result
18929 near the most-significant end.  (It avoids at least the bottom
18930 four bits, preferably more, and also tries to avoid the top two
18931 bits.)  This strategy works well with the linear congruential
18932 generators that are typically used to implement @code{random}.
18934 If @code{RandSeed} contains an integer, Calc uses this integer to
18935 seed an ``additive congruential'' method (Knuth's algorithm 3.2.2A,
18936 computing 
18937 @texline @math{X_{n-55} - X_{n-24}}.
18938 @infoline @expr{X_n-55 - X_n-24}).  
18939 This method expands the seed
18940 value into a large table which is maintained internally; the variable
18941 @code{RandSeed} is changed from, e.g., 42 to the vector @expr{[42]}
18942 to indicate that the seed has been absorbed into this table.  When
18943 @code{RandSeed} contains a vector, @kbd{k r} and related commands
18944 continue to use the same internal table as last time.  There is no
18945 way to extract the complete state of the random number generator
18946 so that you can restart it from any point; you can only restart it
18947 from the same initial seed value.  A simple way to restart from the
18948 same seed is to type @kbd{s r RandSeed} to get the seed vector,
18949 @kbd{v u} to unpack it back into a number, then @kbd{s t RandSeed}
18950 to reseed the generator with that number.
18952 Calc uses a ``shuffling'' method as described in algorithm 3.2.2B
18953 of Knuth.  It fills a table with 13 random 10-bit numbers.  Then,
18954 to generate a new random number, it uses the previous number to
18955 index into the table, picks the value it finds there as the new
18956 random number, then replaces that table entry with a new value
18957 obtained from a call to the base random number generator (either
18958 the additive congruential generator or the @code{random} function
18959 supplied by the system).  If there are any flaws in the base
18960 generator, shuffling will tend to even them out.  But if the system
18961 provides an excellent @code{random} function, shuffling will not
18962 damage its randomness.
18964 To create a random integer of a certain number of digits, Calc
18965 builds the integer three decimal digits at a time.  For each group
18966 of three digits, Calc calls its 10-bit shuffling random number generator
18967 (which returns a value from 0 to 1023); if the random value is 1000
18968 or more, Calc throws it out and tries again until it gets a suitable
18969 value.
18971 To create a random floating-point number with precision @var{p}, Calc
18972 simply creates a random @var{p}-digit integer and multiplies by
18973 @texline @math{10^{-p}}.
18974 @infoline @expr{10^-p}.  
18975 The resulting random numbers should be very clean, but note
18976 that relatively small numbers will have few significant random digits.
18977 In other words, with a precision of 12, you will occasionally get
18978 numbers on the order of 
18979 @texline @math{10^{-9}}
18980 @infoline @expr{10^-9} 
18981 or 
18982 @texline @math{10^{-10}},
18983 @infoline @expr{10^-10}, 
18984 but those numbers will only have two or three random digits since they
18985 correspond to small integers times 
18986 @texline @math{10^{-12}}.
18987 @infoline @expr{10^-12}.
18989 To create a random integer in the interval @samp{[0 .. @var{m})}, Calc
18990 counts the digits in @var{m}, creates a random integer with three
18991 additional digits, then reduces modulo @var{m}.  Unless @var{m} is a
18992 power of ten the resulting values will be very slightly biased toward
18993 the lower numbers, but this bias will be less than 0.1%.  (For example,
18994 if @var{m} is 42, Calc will reduce a random integer less than 100000
18995 modulo 42 to get a result less than 42.  It is easy to show that the
18996 numbers 40 and 41 will be only 2380/2381 as likely to result from this
18997 modulo operation as numbers 39 and below.)  If @var{m} is a power of
18998 ten, however, the numbers should be completely unbiased.
19000 The Gaussian random numbers generated by @samp{random(0.0)} use the
19001 ``polar'' method described in Knuth section 3.4.1C.  This method
19002 generates a pair of Gaussian random numbers at a time, so only every
19003 other call to @samp{random(0.0)} will require significant calculations.
19005 @node Combinatorial Functions, Probability Distribution Functions, Random Numbers, Scientific Functions
19006 @section Combinatorial Functions
19008 @noindent
19009 Commands relating to combinatorics and number theory begin with the
19010 @kbd{k} key prefix.
19012 @kindex k g
19013 @pindex calc-gcd
19014 @tindex gcd
19015 The @kbd{k g} (@code{calc-gcd}) [@code{gcd}] command computes the
19016 Greatest Common Divisor of two integers.  It also accepts fractions;
19017 the GCD of two fractions is defined by taking the GCD of the
19018 numerators, and the LCM of the denominators.  This definition is
19019 consistent with the idea that @samp{a / gcd(a,x)} should yield an
19020 integer for any @samp{a} and @samp{x}.  For other types of arguments,
19021 the operation is left in symbolic form.
19023 @kindex k l
19024 @pindex calc-lcm
19025 @tindex lcm
19026 The @kbd{k l} (@code{calc-lcm}) [@code{lcm}] command computes the
19027 Least Common Multiple of two integers or fractions.  The product of
19028 the LCM and GCD of two numbers is equal to the product of the
19029 numbers.
19031 @kindex k E
19032 @pindex calc-extended-gcd
19033 @tindex egcd
19034 The @kbd{k E} (@code{calc-extended-gcd}) [@code{egcd}] command computes
19035 the GCD of two integers @expr{x} and @expr{y} and returns a vector
19036 @expr{[g, a, b]} where 
19037 @texline @math{g = \gcd(x,y) = a x + b y}.
19038 @infoline @expr{g = gcd(x,y) = a x + b y}.
19040 @kindex !
19041 @pindex calc-factorial
19042 @tindex fact
19043 @ignore
19044 @mindex @null
19045 @end ignore
19046 @tindex !
19047 The @kbd{!} (@code{calc-factorial}) [@code{fact}] command computes the
19048 factorial of the number at the top of the stack.  If the number is an
19049 integer, the result is an exact integer.  If the number is an
19050 integer-valued float, the result is a floating-point approximation.  If
19051 the number is a non-integral real number, the generalized factorial is used,
19052 as defined by the Euler Gamma function.  Please note that computation of
19053 large factorials can be slow; using floating-point format will help
19054 since fewer digits must be maintained.  The same is true of many of
19055 the commands in this section.
19057 @kindex k d
19058 @pindex calc-double-factorial
19059 @tindex dfact
19060 @ignore
19061 @mindex @null
19062 @end ignore
19063 @tindex !!
19064 The @kbd{k d} (@code{calc-double-factorial}) [@code{dfact}] command
19065 computes the ``double factorial'' of an integer.  For an even integer,
19066 this is the product of even integers from 2 to @expr{N}.  For an odd
19067 integer, this is the product of odd integers from 3 to @expr{N}.  If
19068 the argument is an integer-valued float, the result is a floating-point
19069 approximation.  This function is undefined for negative even integers.
19070 The notation @expr{N!!} is also recognized for double factorials.
19072 @kindex k c
19073 @pindex calc-choose
19074 @tindex choose
19075 The @kbd{k c} (@code{calc-choose}) [@code{choose}] command computes the
19076 binomial coefficient @expr{N}-choose-@expr{M}, where @expr{M} is the number
19077 on the top of the stack and @expr{N} is second-to-top.  If both arguments
19078 are integers, the result is an exact integer.  Otherwise, the result is a
19079 floating-point approximation.  The binomial coefficient is defined for all
19080 real numbers by
19081 @texline @math{N! \over M! (N-M)!\,}.
19082 @infoline @expr{N! / M! (N-M)!}.
19084 @kindex H k c
19085 @pindex calc-perm
19086 @tindex perm
19087 @ifinfo
19088 The @kbd{H k c} (@code{calc-perm}) [@code{perm}] command computes the
19089 number-of-permutations function @expr{N! / (N-M)!}.
19090 @end ifinfo
19091 @tex
19092 The \kbd{H k c} (\code{calc-perm}) [\code{perm}] command computes the
19093 number-of-perm\-utations function $N! \over (N-M)!\,$.
19094 @end tex
19096 @kindex k b
19097 @kindex H k b
19098 @pindex calc-bernoulli-number
19099 @tindex bern
19100 The @kbd{k b} (@code{calc-bernoulli-number}) [@code{bern}] command
19101 computes a given Bernoulli number.  The value at the top of the stack
19102 is a nonnegative integer @expr{n} that specifies which Bernoulli number
19103 is desired.  The @kbd{H k b} command computes a Bernoulli polynomial,
19104 taking @expr{n} from the second-to-top position and @expr{x} from the
19105 top of the stack.  If @expr{x} is a variable or formula the result is
19106 a polynomial in @expr{x}; if @expr{x} is a number the result is a number.
19108 @kindex k e
19109 @kindex H k e
19110 @pindex calc-euler-number
19111 @tindex euler
19112 The @kbd{k e} (@code{calc-euler-number}) [@code{euler}] command similarly
19113 computes an Euler number, and @w{@kbd{H k e}} computes an Euler polynomial.
19114 Bernoulli and Euler numbers occur in the Taylor expansions of several
19115 functions.
19117 @kindex k s
19118 @kindex H k s
19119 @pindex calc-stirling-number
19120 @tindex stir1
19121 @tindex stir2
19122 The @kbd{k s} (@code{calc-stirling-number}) [@code{stir1}] command
19123 computes a Stirling number of the first 
19124 @texline kind@tie{}@math{n \brack m},
19125 @infoline kind,
19126 given two integers @expr{n} and @expr{m} on the stack.  The @kbd{H k s}
19127 [@code{stir2}] command computes a Stirling number of the second 
19128 @texline kind@tie{}@math{n \brace m}.
19129 @infoline kind.
19130 These are the number of @expr{m}-cycle permutations of @expr{n} objects,
19131 and the number of ways to partition @expr{n} objects into @expr{m}
19132 non-empty sets, respectively.
19134 @kindex k p
19135 @pindex calc-prime-test
19136 @cindex Primes
19137 The @kbd{k p} (@code{calc-prime-test}) command checks if the integer on
19138 the top of the stack is prime.  For integers less than eight million, the
19139 answer is always exact and reasonably fast.  For larger integers, a
19140 probabilistic method is used (see Knuth vol. II, section 4.5.4, algorithm P).
19141 The number is first checked against small prime factors (up to 13).  Then,
19142 any number of iterations of the algorithm are performed.  Each step either
19143 discovers that the number is non-prime, or substantially increases the
19144 certainty that the number is prime.  After a few steps, the chance that
19145 a number was mistakenly described as prime will be less than one percent.
19146 (Indeed, this is a worst-case estimate of the probability; in practice
19147 even a single iteration is quite reliable.)  After the @kbd{k p} command,
19148 the number will be reported as definitely prime or non-prime if possible,
19149 or otherwise ``probably'' prime with a certain probability of error.
19151 @ignore
19152 @starindex
19153 @end ignore
19154 @tindex prime
19155 The normal @kbd{k p} command performs one iteration of the primality
19156 test.  Pressing @kbd{k p} repeatedly for the same integer will perform
19157 additional iterations.  Also, @kbd{k p} with a numeric prefix performs
19158 the specified number of iterations.  There is also an algebraic function
19159 @samp{prime(n)} or @samp{prime(n,iters)} which returns 1 if @expr{n}
19160 is (probably) prime and 0 if not.
19162 @kindex k f
19163 @pindex calc-prime-factors
19164 @tindex prfac
19165 The @kbd{k f} (@code{calc-prime-factors}) [@code{prfac}] command
19166 attempts to decompose an integer into its prime factors.  For numbers up
19167 to 25 million, the answer is exact although it may take some time.  The
19168 result is a vector of the prime factors in increasing order.  For larger
19169 inputs, prime factors above 5000 may not be found, in which case the
19170 last number in the vector will be an unfactored integer greater than 25
19171 million (with a warning message).  For negative integers, the first
19172 element of the list will be @mathit{-1}.  For inputs @mathit{-1}, @mathit{0}, and
19173 @mathit{1}, the result is a list of the same number.
19175 @kindex k n
19176 @pindex calc-next-prime
19177 @ignore
19178 @mindex nextpr@idots
19179 @end ignore
19180 @tindex nextprime
19181 The @kbd{k n} (@code{calc-next-prime}) [@code{nextprime}] command finds
19182 the next prime above a given number.  Essentially, it searches by calling
19183 @code{calc-prime-test} on successive integers until it finds one that
19184 passes the test.  This is quite fast for integers less than eight million,
19185 but once the probabilistic test comes into play the search may be rather
19186 slow.  Ordinarily this command stops for any prime that passes one iteration
19187 of the primality test.  With a numeric prefix argument, a number must pass
19188 the specified number of iterations before the search stops.  (This only
19189 matters when searching above eight million.)  You can always use additional
19190 @kbd{k p} commands to increase your certainty that the number is indeed
19191 prime.
19193 @kindex I k n
19194 @pindex calc-prev-prime
19195 @ignore
19196 @mindex prevpr@idots
19197 @end ignore
19198 @tindex prevprime
19199 The @kbd{I k n} (@code{calc-prev-prime}) [@code{prevprime}] command
19200 analogously finds the next prime less than a given number.
19202 @kindex k t
19203 @pindex calc-totient
19204 @tindex totient
19205 The @kbd{k t} (@code{calc-totient}) [@code{totient}] command computes the
19206 Euler ``totient'' 
19207 @texline function@tie{}@math{\phi(n)},
19208 @infoline function,
19209 the number of integers less than @expr{n} which
19210 are relatively prime to @expr{n}.
19212 @kindex k m
19213 @pindex calc-moebius
19214 @tindex moebius
19215 The @kbd{k m} (@code{calc-moebius}) [@code{moebius}] command computes the
19216 @texline M@"obius @math{\mu}
19217 @infoline Moebius ``mu''
19218 function.  If the input number is a product of @expr{k}
19219 distinct factors, this is @expr{(-1)^k}.  If the input number has any
19220 duplicate factors (i.e., can be divided by the same prime more than once),
19221 the result is zero.
19223 @node Probability Distribution Functions, , Combinatorial Functions, Scientific Functions
19224 @section Probability Distribution Functions
19226 @noindent
19227 The functions in this section compute various probability distributions.
19228 For continuous distributions, this is the integral of the probability
19229 density function from @expr{x} to infinity.  (These are the ``upper
19230 tail'' distribution functions; there are also corresponding ``lower
19231 tail'' functions which integrate from minus infinity to @expr{x}.)
19232 For discrete distributions, the upper tail function gives the sum
19233 from @expr{x} to infinity; the lower tail function gives the sum
19234 from minus infinity up to, but not including,@w{ }@expr{x}.
19236 To integrate from @expr{x} to @expr{y}, just use the distribution
19237 function twice and subtract.  For example, the probability that a
19238 Gaussian random variable with mean 2 and standard deviation 1 will
19239 lie in the range from 2.5 to 2.8 is @samp{utpn(2.5,2,1) - utpn(2.8,2,1)}
19240 (``the probability that it is greater than 2.5, but not greater than 2.8''),
19241 or equivalently @samp{ltpn(2.8,2,1) - ltpn(2.5,2,1)}.
19243 @kindex k B
19244 @kindex I k B
19245 @pindex calc-utpb
19246 @tindex utpb
19247 @tindex ltpb
19248 The @kbd{k B} (@code{calc-utpb}) [@code{utpb}] function uses the
19249 binomial distribution.  Push the parameters @var{n}, @var{p}, and
19250 then @var{x} onto the stack; the result (@samp{utpb(x,n,p)}) is the
19251 probability that an event will occur @var{x} or more times out
19252 of @var{n} trials, if its probability of occurring in any given
19253 trial is @var{p}.  The @kbd{I k B} [@code{ltpb}] function is
19254 the probability that the event will occur fewer than @var{x} times.
19256 The other probability distribution functions similarly take the
19257 form @kbd{k @var{X}} (@code{calc-utp@var{x}}) [@code{utp@var{x}}]
19258 and @kbd{I k @var{X}} [@code{ltp@var{x}}], for various letters
19259 @var{x}.  The arguments to the algebraic functions are the value of
19260 the random variable first, then whatever other parameters define the
19261 distribution.  Note these are among the few Calc functions where the
19262 order of the arguments in algebraic form differs from the order of
19263 arguments as found on the stack.  (The random variable comes last on
19264 the stack, so that you can type, e.g., @kbd{2 @key{RET} 1 @key{RET} 2.5
19265 k N M-@key{RET} @key{DEL} 2.8 k N -}, using @kbd{M-@key{RET} @key{DEL}} to
19266 recover the original arguments but substitute a new value for @expr{x}.)
19268 @kindex k C
19269 @pindex calc-utpc
19270 @tindex utpc
19271 @ignore
19272 @mindex @idots
19273 @end ignore
19274 @kindex I k C
19275 @ignore
19276 @mindex @null
19277 @end ignore
19278 @tindex ltpc
19279 The @samp{utpc(x,v)} function uses the chi-square distribution with
19280 @texline @math{\nu}
19281 @infoline @expr{v} 
19282 degrees of freedom.  It is the probability that a model is
19283 correct if its chi-square statistic is @expr{x}.
19285 @kindex k F
19286 @pindex calc-utpf
19287 @tindex utpf
19288 @ignore
19289 @mindex @idots
19290 @end ignore
19291 @kindex I k F
19292 @ignore
19293 @mindex @null
19294 @end ignore
19295 @tindex ltpf
19296 The @samp{utpf(F,v1,v2)} function uses the F distribution, used in
19297 various statistical tests.  The parameters 
19298 @texline @math{\nu_1}
19299 @infoline @expr{v1} 
19300 and 
19301 @texline @math{\nu_2}
19302 @infoline @expr{v2}
19303 are the degrees of freedom in the numerator and denominator,
19304 respectively, used in computing the statistic @expr{F}.
19306 @kindex k N
19307 @pindex calc-utpn
19308 @tindex utpn
19309 @ignore
19310 @mindex @idots
19311 @end ignore
19312 @kindex I k N
19313 @ignore
19314 @mindex @null
19315 @end ignore
19316 @tindex ltpn
19317 The @samp{utpn(x,m,s)} function uses a normal (Gaussian) distribution
19318 with mean @expr{m} and standard deviation 
19319 @texline @math{\sigma}.
19320 @infoline @expr{s}.  
19321 It is the probability that such a normal-distributed random variable
19322 would exceed @expr{x}.
19324 @kindex k P
19325 @pindex calc-utpp
19326 @tindex utpp
19327 @ignore
19328 @mindex @idots
19329 @end ignore
19330 @kindex I k P
19331 @ignore
19332 @mindex @null
19333 @end ignore
19334 @tindex ltpp
19335 The @samp{utpp(n,x)} function uses a Poisson distribution with
19336 mean @expr{x}.  It is the probability that @expr{n} or more such
19337 Poisson random events will occur.
19339 @kindex k T
19340 @pindex calc-ltpt
19341 @tindex utpt
19342 @ignore
19343 @mindex @idots
19344 @end ignore
19345 @kindex I k T
19346 @ignore
19347 @mindex @null
19348 @end ignore
19349 @tindex ltpt
19350 The @samp{utpt(t,v)} function uses the Student's ``t'' distribution
19351 with 
19352 @texline @math{\nu}
19353 @infoline @expr{v} 
19354 degrees of freedom.  It is the probability that a
19355 t-distributed random variable will be greater than @expr{t}.
19356 (Note:  This computes the distribution function 
19357 @texline @math{A(t|\nu)}
19358 @infoline @expr{A(t|v)}
19359 where 
19360 @texline @math{A(0|\nu) = 1}
19361 @infoline @expr{A(0|v) = 1} 
19362 and 
19363 @texline @math{A(\infty|\nu) \to 0}.
19364 @infoline @expr{A(inf|v) -> 0}.  
19365 The @code{UTPT} operation on the HP-48 uses a different definition which
19366 returns half of Calc's value:  @samp{UTPT(t,v) = .5*utpt(t,v)}.)
19368 While Calc does not provide inverses of the probability distribution
19369 functions, the @kbd{a R} command can be used to solve for the inverse.
19370 Since the distribution functions are monotonic, @kbd{a R} is guaranteed
19371 to be able to find a solution given any initial guess.
19372 @xref{Numerical Solutions}.
19374 @node Matrix Functions, Algebra, Scientific Functions, Top
19375 @chapter Vector/Matrix Functions
19377 @noindent
19378 Many of the commands described here begin with the @kbd{v} prefix.
19379 (For convenience, the shift-@kbd{V} prefix is equivalent to @kbd{v}.)
19380 The commands usually apply to both plain vectors and matrices; some
19381 apply only to matrices or only to square matrices.  If the argument
19382 has the wrong dimensions the operation is left in symbolic form.
19384 Vectors are entered and displayed using @samp{[a,b,c]} notation.
19385 Matrices are vectors of which all elements are vectors of equal length.
19386 (Though none of the standard Calc commands use this concept, a
19387 three-dimensional matrix or rank-3 tensor could be defined as a
19388 vector of matrices, and so on.)
19390 @menu
19391 * Packing and Unpacking::
19392 * Building Vectors::
19393 * Extracting Elements::
19394 * Manipulating Vectors::
19395 * Vector and Matrix Arithmetic::
19396 * Set Operations::
19397 * Statistical Operations::
19398 * Reducing and Mapping::
19399 * Vector and Matrix Formats::
19400 @end menu
19402 @node Packing and Unpacking, Building Vectors, Matrix Functions, Matrix Functions
19403 @section Packing and Unpacking
19405 @noindent
19406 Calc's ``pack'' and ``unpack'' commands collect stack entries to build
19407 composite objects such as vectors and complex numbers.  They are
19408 described in this chapter because they are most often used to build
19409 vectors.
19411 @kindex v p
19412 @pindex calc-pack
19413 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) [@code{pack}] command collects several
19414 elements from the stack into a matrix, complex number, HMS form, error
19415 form, etc.  It uses a numeric prefix argument to specify the kind of
19416 object to be built; this argument is referred to as the ``packing mode.''
19417 If the packing mode is a nonnegative integer, a vector of that
19418 length is created.  For example, @kbd{C-u 5 v p} will pop the top
19419 five stack elements and push back a single vector of those five
19420 elements.  (@kbd{C-u 0 v p} simply creates an empty vector.)
19422 The same effect can be had by pressing @kbd{[} to push an incomplete
19423 vector on the stack, using @key{TAB} (@code{calc-roll-down}) to sneak
19424 the incomplete object up past a certain number of elements, and
19425 then pressing @kbd{]} to complete the vector.
19427 Negative packing modes create other kinds of composite objects:
19429 @table @cite
19430 @item -1
19431 Two values are collected to build a complex number.  For example,
19432 @kbd{5 @key{RET} 7 C-u -1 v p} creates the complex number
19433 @expr{(5, 7)}.  The result is always a rectangular complex
19434 number.  The two input values must both be real numbers,
19435 i.e., integers, fractions, or floats.  If they are not, Calc
19436 will instead build a formula like @samp{a + (0, 1) b}.  (The
19437 other packing modes also create a symbolic answer if the
19438 components are not suitable.)
19440 @item -2
19441 Two values are collected to build a polar complex number.
19442 The first is the magnitude; the second is the phase expressed
19443 in either degrees or radians according to the current angular
19444 mode.
19446 @item -3
19447 Three values are collected into an HMS form.  The first
19448 two values (hours and minutes) must be integers or
19449 integer-valued floats.  The third value may be any real
19450 number.
19452 @item -4
19453 Two values are collected into an error form.  The inputs
19454 may be real numbers or formulas.
19456 @item -5
19457 Two values are collected into a modulo form.  The inputs
19458 must be real numbers.
19460 @item -6
19461 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b]}.
19462 The inputs may be real numbers, HMS or date forms, or formulas.
19464 @item -7
19465 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b)}.
19467 @item -8
19468 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b]}.
19470 @item -9
19471 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b)}.
19473 @item -10
19474 Two integer values are collected into a fraction.
19476 @item -11
19477 Two values are collected into a floating-point number.
19478 The first is the mantissa; the second, which must be an
19479 integer, is the exponent.  The result is the mantissa
19480 times ten to the power of the exponent.
19482 @item -12
19483 This is treated the same as @mathit{-11} by the @kbd{v p} command.
19484 When unpacking, @mathit{-12} specifies that a floating-point mantissa
19485 is desired.
19487 @item -13
19488 A real number is converted into a date form.
19490 @item -14
19491 Three numbers (year, month, day) are packed into a pure date form.
19493 @item -15
19494 Six numbers are packed into a date/time form.
19495 @end table
19497 With any of the two-input negative packing modes, either or both
19498 of the inputs may be vectors.  If both are vectors of the same
19499 length, the result is another vector made by packing corresponding
19500 elements of the input vectors.  If one input is a vector and the
19501 other is a plain number, the number is packed along with each vector
19502 element to produce a new vector.  For example, @kbd{C-u -4 v p}
19503 could be used to convert a vector of numbers and a vector of errors
19504 into a single vector of error forms; @kbd{C-u -5 v p} could convert
19505 a vector of numbers and a single number @var{M} into a vector of
19506 numbers modulo @var{M}.
19508 If you don't give a prefix argument to @kbd{v p}, it takes
19509 the packing mode from the top of the stack.  The elements to
19510 be packed then begin at stack level 2.  Thus
19511 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 4 n v p} is another way to
19512 enter the error form @samp{1 +/- 2}.
19514 If the packing mode taken from the stack is a vector, the result is a
19515 matrix with the dimensions specified by the elements of the vector,
19516 which must each be integers.  For example, if the packing mode is
19517 @samp{[2, 3]}, then six numbers will be taken from the stack and
19518 returned in the form @samp{[@w{[a, b, c]}, [d, e, f]]}.
19520 If any elements of the vector are negative, other kinds of
19521 packing are done at that level as described above.  For
19522 example, @samp{[2, 3, -4]} takes 12 objects and creates a
19523 @texline @math{2\times3}
19524 @infoline 2x3
19525 matrix of error forms: @samp{[[a +/- b, c +/- d ... ]]}.
19526 Also, @samp{[-4, -10]} will convert four integers into an
19527 error form consisting of two fractions:  @samp{a:b +/- c:d}.
19529 @ignore
19530 @starindex
19531 @end ignore
19532 @tindex pack
19533 There is an equivalent algebraic function,
19534 @samp{pack(@var{mode}, @var{items})} where @var{mode} is a
19535 packing mode (an integer or a vector of integers) and @var{items}
19536 is a vector of objects to be packed (re-packed, really) according
19537 to that mode.  For example, @samp{pack([3, -4], [a,b,c,d,e,f])}
19538 yields @samp{[a +/- b, @w{c +/- d}, e +/- f]}.  The function is
19539 left in symbolic form if the packing mode is illegal, or if the
19540 number of data items does not match the number of items required
19541 by the mode.
19543 @kindex v u
19544 @pindex calc-unpack
19545 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the vector, complex
19546 number, HMS form, or other composite object on the top of the stack and
19547 ``unpacks'' it, pushing each of its elements onto the stack as separate
19548 objects.  Thus, it is the ``inverse'' of @kbd{v p}.  If the value
19549 at the top of the stack is a formula, @kbd{v u} unpacks it by pushing
19550 each of the arguments of the top-level operator onto the stack.
19552 You can optionally give a numeric prefix argument to @kbd{v u}
19553 to specify an explicit (un)packing mode.  If the packing mode is
19554 negative and the input is actually a vector or matrix, the result
19555 will be two or more similar vectors or matrices of the elements.
19556 For example, given the vector @samp{[@w{a +/- b}, c^2, d +/- 7]},
19557 the result of @kbd{C-u -4 v u} will be the two vectors
19558 @samp{[a, c^2, d]} and @w{@samp{[b, 0, 7]}}.
19560 Note that the prefix argument can have an effect even when the input is
19561 not a vector.  For example, if the input is the number @mathit{-5}, then
19562 @kbd{c-u -1 v u} yields @mathit{-5} and 0 (the components of @mathit{-5}
19563 when viewed as a rectangular complex number); @kbd{C-u -2 v u} yields 5
19564 and 180 (assuming Degrees mode); and @kbd{C-u -10 v u} yields @mathit{-5}
19565 and 1 (the numerator and denominator of @mathit{-5}, viewed as a rational
19566 number).  Plain @kbd{v u} with this input would complain that the input
19567 is not a composite object.
19569 Unpacking mode @mathit{-11} converts a float into an integer mantissa and
19570 an integer exponent, where the mantissa is not divisible by 10
19571 (except that 0.0 is represented by a mantissa and exponent of 0).
19572 Unpacking mode @mathit{-12} converts a float into a floating-point mantissa
19573 and integer exponent, where the mantissa (for non-zero numbers)
19574 is guaranteed to lie in the range [1 .. 10).  In both cases,
19575 the mantissa is shifted left or right (and the exponent adjusted
19576 to compensate) in order to satisfy these constraints.
19578 Positive unpacking modes are treated differently than for @kbd{v p}.
19579 A mode of 1 is much like plain @kbd{v u} with no prefix argument,
19580 except that in addition to the components of the input object,
19581 a suitable packing mode to re-pack the object is also pushed.
19582 Thus, @kbd{C-u 1 v u} followed by @kbd{v p} will re-build the
19583 original object.
19585 A mode of 2 unpacks two levels of the object; the resulting
19586 re-packing mode will be a vector of length 2.  This might be used
19587 to unpack a matrix, say, or a vector of error forms.  Higher
19588 unpacking modes unpack the input even more deeply.
19590 @ignore
19591 @starindex
19592 @end ignore
19593 @tindex unpack
19594 There are two algebraic functions analogous to @kbd{v u}.
19595 The @samp{unpack(@var{mode}, @var{item})} function unpacks the
19596 @var{item} using the given @var{mode}, returning the result as
19597 a vector of components.  Here the @var{mode} must be an
19598 integer, not a vector.  For example, @samp{unpack(-4, a +/- b)}
19599 returns @samp{[a, b]}, as does @samp{unpack(1, a +/- b)}.
19601 @ignore
19602 @starindex
19603 @end ignore
19604 @tindex unpackt
19605 The @code{unpackt} function is like @code{unpack} but instead
19606 of returning a simple vector of items, it returns a vector of
19607 two things:  The mode, and the vector of items.  For example,
19608 @samp{unpackt(1, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[-4, [2:3, 1:4]]},
19609 and @samp{unpackt(2, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[[-4, -10], [2, 3, 1, 4]]}.
19610 The identity for re-building the original object is
19611 @samp{apply(pack, unpackt(@var{n}, @var{x})) = @var{x}}.  (The
19612 @code{apply} function builds a function call given the function
19613 name and a vector of arguments.)
19615 @cindex Numerator of a fraction, extracting
19616 Subscript notation is a useful way to extract a particular part
19617 of an object.  For example, to get the numerator of a rational
19618 number, you can use @samp{unpack(-10, @var{x})_1}.
19620 @node Building Vectors, Extracting Elements, Packing and Unpacking, Matrix Functions
19621 @section Building Vectors
19623 @noindent
19624 Vectors and matrices can be added,
19625 subtracted, multiplied, and divided; @pxref{Basic Arithmetic}.
19627 @kindex |
19628 @pindex calc-concat
19629 @ignore
19630 @mindex @null
19631 @end ignore
19632 @tindex |
19633 The @kbd{|} (@code{calc-concat}) command ``concatenates'' two vectors
19634 into one.  For example, after @kbd{@w{[ 1 , 2 ]} [ 3 , 4 ] |}, the stack
19635 will contain the single vector @samp{[1, 2, 3, 4]}.  If the arguments
19636 are matrices, the rows of the first matrix are concatenated with the
19637 rows of the second.  (In other words, two matrices are just two vectors
19638 of row-vectors as far as @kbd{|} is concerned.)
19640 If either argument to @kbd{|} is a scalar (a non-vector), it is treated
19641 like a one-element vector for purposes of concatenation:  @kbd{1 [ 2 , 3 ] |}
19642 produces the vector @samp{[1, 2, 3]}.  Likewise, if one argument is a
19643 matrix and the other is a plain vector, the vector is treated as a
19644 one-row matrix.
19646 @kindex H |
19647 @tindex append
19648 The @kbd{H |} (@code{calc-append}) [@code{append}] command concatenates
19649 two vectors without any special cases.  Both inputs must be vectors.
19650 Whether or not they are matrices is not taken into account.  If either
19651 argument is a scalar, the @code{append} function is left in symbolic form.
19652 See also @code{cons} and @code{rcons} below.
19654 @kindex I |
19655 @kindex H I |
19656 The @kbd{I |} and @kbd{H I |} commands are similar, but they use their
19657 two stack arguments in the opposite order.  Thus @kbd{I |} is equivalent
19658 to @kbd{@key{TAB} |}, but possibly more convenient and also a bit faster.
19660 @kindex v d
19661 @pindex calc-diag
19662 @tindex diag
19663 The @kbd{v d} (@code{calc-diag}) [@code{diag}] function builds a diagonal
19664 square matrix.  The optional numeric prefix gives the number of rows
19665 and columns in the matrix.  If the value at the top of the stack is a
19666 vector, the elements of the vector are used as the diagonal elements; the
19667 prefix, if specified, must match the size of the vector.  If the value on
19668 the stack is a scalar, it is used for each element on the diagonal, and
19669 the prefix argument is required.
19671 To build a constant square matrix, e.g., a 
19672 @texline @math{3\times3}
19673 @infoline 3x3
19674 matrix filled with ones, use @kbd{0 M-3 v d 1 +}, i.e., build a zero
19675 matrix first and then add a constant value to that matrix.  (Another
19676 alternative would be to use @kbd{v b} and @kbd{v a}; see below.)
19678 @kindex v i
19679 @pindex calc-ident
19680 @tindex idn
19681 The @kbd{v i} (@code{calc-ident}) [@code{idn}] function builds an identity
19682 matrix of the specified size.  It is a convenient form of @kbd{v d}
19683 where the diagonal element is always one.  If no prefix argument is given,
19684 this command prompts for one.
19686 In algebraic notation, @samp{idn(a,n)} acts much like @samp{diag(a,n)},
19687 except that @expr{a} is required to be a scalar (non-vector) quantity.
19688 If @expr{n} is omitted, @samp{idn(a)} represents @expr{a} times an
19689 identity matrix of unknown size.  Calc can operate algebraically on
19690 such generic identity matrices, and if one is combined with a matrix
19691 whose size is known, it is converted automatically to an identity
19692 matrix of a suitable matching size.  The @kbd{v i} command with an
19693 argument of zero creates a generic identity matrix, @samp{idn(1)}.
19694 Note that in dimensioned Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), generic
19695 identity matrices are immediately expanded to the current default
19696 dimensions.
19698 @kindex v x
19699 @pindex calc-index
19700 @tindex index
19701 The @kbd{v x} (@code{calc-index}) [@code{index}] function builds a vector
19702 of consecutive integers from 1 to @var{n}, where @var{n} is the numeric
19703 prefix argument.  If you do not provide a prefix argument, you will be
19704 prompted to enter a suitable number.  If @var{n} is negative, the result
19705 is a vector of negative integers from @var{n} to @mathit{-1}.
19707 With a prefix argument of just @kbd{C-u}, the @kbd{v x} command takes
19708 three values from the stack: @var{n}, @var{start}, and @var{incr} (with
19709 @var{incr} at top-of-stack).  Counting starts at @var{start} and increases
19710 by @var{incr} for successive vector elements.  If @var{start} or @var{n}
19711 is in floating-point format, the resulting vector elements will also be
19712 floats.  Note that @var{start} and @var{incr} may in fact be any kind
19713 of numbers or formulas.
19715 When @var{start} and @var{incr} are specified, a negative @var{n} has a
19716 different interpretation:  It causes a geometric instead of arithmetic
19717 sequence to be generated.  For example, @samp{index(-3, a, b)} produces
19718 @samp{[a, a b, a b^2]}.  If you omit @var{incr} in the algebraic form,
19719 @samp{index(@var{n}, @var{start})}, the default value for @var{incr}
19720 is one for positive @var{n} or two for negative @var{n}.
19722 @kindex v b
19723 @pindex calc-build-vector
19724 @tindex cvec
19725 The @kbd{v b} (@code{calc-build-vector}) [@code{cvec}] function builds a
19726 vector of @var{n} copies of the value on the top of the stack, where @var{n}
19727 is the numeric prefix argument.  In algebraic formulas, @samp{cvec(x,n,m)}
19728 can also be used to build an @var{n}-by-@var{m} matrix of copies of @var{x}.
19729 (Interactively, just use @kbd{v b} twice: once to build a row, then again
19730 to build a matrix of copies of that row.)
19732 @kindex v h
19733 @kindex I v h
19734 @pindex calc-head
19735 @pindex calc-tail
19736 @tindex head
19737 @tindex tail
19738 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) [@code{head}] function returns the first
19739 element of a vector.  The @kbd{I v h} (@code{calc-tail}) [@code{tail}]
19740 function returns the vector with its first element removed.  In both
19741 cases, the argument must be a non-empty vector.
19743 @kindex v k
19744 @pindex calc-cons
19745 @tindex cons
19746 The @kbd{v k} (@code{calc-cons}) [@code{cons}] function takes a value @var{h}
19747 and a vector @var{t} from the stack, and produces the vector whose head is
19748 @var{h} and whose tail is @var{t}.  This is similar to @kbd{|}, except
19749 if @var{h} is itself a vector, @kbd{|} will concatenate the two vectors
19750 whereas @code{cons} will insert @var{h} at the front of the vector @var{t}.
19752 @kindex H v h
19753 @tindex rhead
19754 @ignore
19755 @mindex @idots
19756 @end ignore
19757 @kindex H I v h
19758 @ignore
19759 @mindex @null
19760 @end ignore
19761 @kindex H v k
19762 @ignore
19763 @mindex @null
19764 @end ignore
19765 @tindex rtail
19766 @ignore
19767 @mindex @null
19768 @end ignore
19769 @tindex rcons
19770 Each of these three functions also accepts the Hyperbolic flag [@code{rhead},
19771 @code{rtail}, @code{rcons}] in which case @var{t} instead represents
19772 the @emph{last} single element of the vector, with @var{h}
19773 representing the remainder of the vector.  Thus the vector
19774 @samp{[a, b, c, d] = cons(a, [b, c, d]) = rcons([a, b, c], d)}.
19775 Also, @samp{head([a, b, c, d]) = a}, @samp{tail([a, b, c, d]) = [b, c, d]},
19776 @samp{rhead([a, b, c, d]) = [a, b, c]}, and @samp{rtail([a, b, c, d]) = d}.
19778 @node Extracting Elements, Manipulating Vectors, Building Vectors, Matrix Functions
19779 @section Extracting Vector Elements
19781 @noindent
19782 @kindex v r
19783 @pindex calc-mrow
19784 @tindex mrow
19785 The @kbd{v r} (@code{calc-mrow}) [@code{mrow}] command extracts one row of
19786 the matrix on the top of the stack, or one element of the plain vector on
19787 the top of the stack.  The row or element is specified by the numeric
19788 prefix argument; the default is to prompt for the row or element number.
19789 The matrix or vector is replaced by the specified row or element in the
19790 form of a vector or scalar, respectively.
19792 @cindex Permutations, applying
19793 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, @kbd{v r} takes the index of
19794 the element or row from the top of the stack, and the vector or matrix
19795 from the second-to-top position.  If the index is itself a vector of
19796 integers, the result is a vector of the corresponding elements of the
19797 input vector, or a matrix of the corresponding rows of the input matrix.
19798 This command can be used to obtain any permutation of a vector.
19800 With @kbd{C-u}, if the index is an interval form with integer components,
19801 it is interpreted as a range of indices and the corresponding subvector or
19802 submatrix is returned.
19804 @cindex Subscript notation
19805 @kindex a _
19806 @pindex calc-subscript
19807 @tindex subscr
19808 @tindex _
19809 Subscript notation in algebraic formulas (@samp{a_b}) stands for the
19810 Calc function @code{subscr}, which is synonymous with @code{mrow}.
19811 Thus, @samp{[x, y, z]_k} produces @expr{x}, @expr{y}, or @expr{z} if
19812 @expr{k} is one, two, or three, respectively.  A double subscript
19813 (@samp{M_i_j}, equivalent to @samp{subscr(subscr(M, i), j)}) will
19814 access the element at row @expr{i}, column @expr{j} of a matrix.
19815 The @kbd{a _} (@code{calc-subscript}) command creates a subscript
19816 formula @samp{a_b} out of two stack entries.  (It is on the @kbd{a}
19817 ``algebra'' prefix because subscripted variables are often used
19818 purely as an algebraic notation.)
19820 @tindex mrrow
19821 Given a negative prefix argument, @kbd{v r} instead deletes one row or
19822 element from the matrix or vector on the top of the stack.  Thus
19823 @kbd{C-u 2 v r} replaces a matrix with its second row, but @kbd{C-u -2 v r}
19824 replaces the matrix with the same matrix with its second row removed.
19825 In algebraic form this function is called @code{mrrow}.
19827 @tindex getdiag
19828 Given a prefix argument of zero, @kbd{v r} extracts the diagonal elements
19829 of a square matrix in the form of a vector.  In algebraic form this
19830 function is called @code{getdiag}.
19832 @kindex v c
19833 @pindex calc-mcol
19834 @tindex mcol
19835 @tindex mrcol
19836 The @kbd{v c} (@code{calc-mcol}) [@code{mcol} or @code{mrcol}] command is
19837 the analogous operation on columns of a matrix.  Given a plain vector
19838 it extracts (or removes) one element, just like @kbd{v r}.  If the
19839 index in @kbd{C-u v c} is an interval or vector and the argument is a
19840 matrix, the result is a submatrix with only the specified columns
19841 retained (and possibly permuted in the case of a vector index).
19843 To extract a matrix element at a given row and column, use @kbd{v r} to
19844 extract the row as a vector, then @kbd{v c} to extract the column element
19845 from that vector.  In algebraic formulas, it is often more convenient to
19846 use subscript notation:  @samp{m_i_j} gives row @expr{i}, column @expr{j}
19847 of matrix @expr{m}.
19849 @kindex v s
19850 @pindex calc-subvector
19851 @tindex subvec
19852 The @kbd{v s} (@code{calc-subvector}) [@code{subvec}] command extracts
19853 a subvector of a vector.  The arguments are the vector, the starting
19854 index, and the ending index, with the ending index in the top-of-stack
19855 position.  The starting index indicates the first element of the vector
19856 to take.  The ending index indicates the first element @emph{past} the
19857 range to be taken.  Thus, @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, 4)} produces
19858 the subvector @samp{[b, c]}.  You could get the same result using
19859 @samp{mrow([a, b, c, d, e], @w{[2 .. 4)})}.
19861 If either the start or the end index is zero or negative, it is
19862 interpreted as relative to the end of the vector.  Thus
19863 @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, -2)} also produces @samp{[b, c]}.  In
19864 the algebraic form, the end index can be omitted in which case it
19865 is taken as zero, i.e., elements from the starting element to the
19866 end of the vector are used.  The infinity symbol, @code{inf}, also
19867 has this effect when used as the ending index.
19869 @kindex I v s
19870 @tindex rsubvec
19871 With the Inverse flag, @kbd{I v s} [@code{rsubvec}] removes a subvector
19872 from a vector.  The arguments are interpreted the same as for the
19873 normal @kbd{v s} command.  Thus, @samp{rsubvec([a, b, c, d, e], 2, 4)}
19874 produces @samp{[a, d, e]}.  It is always true that @code{subvec} and
19875 @code{rsubvec} return complementary parts of the input vector.
19877 @xref{Selecting Subformulas}, for an alternative way to operate on
19878 vectors one element at a time.
19880 @node Manipulating Vectors, Vector and Matrix Arithmetic, Extracting Elements, Matrix Functions
19881 @section Manipulating Vectors
19883 @noindent
19884 @kindex v l
19885 @pindex calc-vlength
19886 @tindex vlen
19887 The @kbd{v l} (@code{calc-vlength}) [@code{vlen}] command computes the
19888 length of a vector.  The length of a non-vector is considered to be zero.
19889 Note that matrices are just vectors of vectors for the purposes of this
19890 command.
19892 @kindex H v l
19893 @tindex mdims
19894 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v l} [@code{mdims}] computes a vector
19895 of the dimensions of a vector, matrix, or higher-order object.  For
19896 example, @samp{mdims([[a,b,c],[d,e,f]])} returns @samp{[2, 3]} since
19897 its argument is a 
19898 @texline @math{2\times3}
19899 @infoline 2x3
19900 matrix.
19902 @kindex v f
19903 @pindex calc-vector-find
19904 @tindex find
19905 The @kbd{v f} (@code{calc-vector-find}) [@code{find}] command searches
19906 along a vector for the first element equal to a given target.  The target
19907 is on the top of the stack; the vector is in the second-to-top position.
19908 If a match is found, the result is the index of the matching element.
19909 Otherwise, the result is zero.  The numeric prefix argument, if given,
19910 allows you to select any starting index for the search.
19912 @kindex v a
19913 @pindex calc-arrange-vector
19914 @tindex arrange
19915 @cindex Arranging a matrix
19916 @cindex Reshaping a matrix
19917 @cindex Flattening a matrix
19918 The @kbd{v a} (@code{calc-arrange-vector}) [@code{arrange}] command
19919 rearranges a vector to have a certain number of columns and rows.  The
19920 numeric prefix argument specifies the number of columns; if you do not
19921 provide an argument, you will be prompted for the number of columns.
19922 The vector or matrix on the top of the stack is @dfn{flattened} into a
19923 plain vector.  If the number of columns is nonzero, this vector is
19924 then formed into a matrix by taking successive groups of @var{n} elements.
19925 If the number of columns does not evenly divide the number of elements
19926 in the vector, the last row will be short and the result will not be
19927 suitable for use as a matrix.  For example, with the matrix
19928 @samp{[[1, 2], @w{[3, 4]}]} on the stack, @kbd{v a 4} produces
19929 @samp{[[1, 2, 3, 4]]} (a 
19930 @texline @math{1\times4}
19931 @infoline 1x4
19932 matrix), @kbd{v a 1} produces @samp{[[1], [2], [3], [4]]} (a 
19933 @texline @math{4\times1}
19934 @infoline 4x1
19935 matrix), @kbd{v a 2} produces @samp{[[1, 2], [3, 4]]} (the original 
19936 @texline @math{2\times2}
19937 @infoline 2x2
19938 matrix), @w{@kbd{v a 3}} produces @samp{[[1, 2, 3], [4]]} (not a
19939 matrix), and @kbd{v a 0} produces the flattened list 
19940 @samp{[1, 2, @w{3, 4}]}.
19942 @cindex Sorting data
19943 @kindex V S
19944 @kindex I V S
19945 @pindex calc-sort
19946 @tindex sort
19947 @tindex rsort
19948 The @kbd{V S} (@code{calc-sort}) [@code{sort}] command sorts the elements of
19949 a vector into increasing order.  Real numbers, real infinities, and
19950 constant interval forms come first in this ordering; next come other
19951 kinds of numbers, then variables (in alphabetical order), then finally
19952 come formulas and other kinds of objects; these are sorted according
19953 to a kind of lexicographic ordering with the useful property that
19954 one vector is less or greater than another if the first corresponding
19955 unequal elements are less or greater, respectively.  Since quoted strings
19956 are stored by Calc internally as vectors of ASCII character codes
19957 (@pxref{Strings}), this means vectors of strings are also sorted into
19958 alphabetical order by this command.
19960 The @kbd{I V S} [@code{rsort}] command sorts a vector into decreasing order.
19962 @cindex Permutation, inverse of
19963 @cindex Inverse of permutation
19964 @cindex Index tables
19965 @cindex Rank tables
19966 @kindex V G
19967 @kindex I V G
19968 @pindex calc-grade
19969 @tindex grade
19970 @tindex rgrade
19971 The @kbd{V G} (@code{calc-grade}) [@code{grade}, @code{rgrade}] command
19972 produces an index table or permutation vector which, if applied to the
19973 input vector (as the index of @kbd{C-u v r}, say), would sort the vector.
19974 A permutation vector is just a vector of integers from 1 to @var{n}, where
19975 each integer occurs exactly once.  One application of this is to sort a
19976 matrix of data rows using one column as the sort key; extract that column,
19977 grade it with @kbd{V G}, then use the result to reorder the original matrix
19978 with @kbd{C-u v r}.  Another interesting property of the @code{V G} command
19979 is that, if the input is itself a permutation vector, the result will
19980 be the inverse of the permutation.  The inverse of an index table is
19981 a rank table, whose @var{k}th element says where the @var{k}th original
19982 vector element will rest when the vector is sorted.  To get a rank
19983 table, just use @kbd{V G V G}.
19985 With the Inverse flag, @kbd{I V G} produces an index table that would
19986 sort the input into decreasing order.  Note that @kbd{V S} and @kbd{V G}
19987 use a ``stable'' sorting algorithm, i.e., any two elements which are equal
19988 will not be moved out of their original order.  Generally there is no way
19989 to tell with @kbd{V S}, since two elements which are equal look the same,
19990 but with @kbd{V G} this can be an important issue.  In the matrix-of-rows
19991 example, suppose you have names and telephone numbers as two columns and
19992 you wish to sort by phone number primarily, and by name when the numbers
19993 are equal.  You can sort the data matrix by names first, and then again
19994 by phone numbers.  Because the sort is stable, any two rows with equal
19995 phone numbers will remain sorted by name even after the second sort.
19997 @cindex Histograms
19998 @kindex V H
19999 @pindex calc-histogram
20000 @ignore
20001 @mindex histo@idots
20002 @end ignore
20003 @tindex histogram
20004 The @kbd{V H} (@code{calc-histogram}) [@code{histogram}] command builds a
20005 histogram of a vector of numbers.  Vector elements are assumed to be
20006 integers or real numbers in the range [0..@var{n}) for some ``number of
20007 bins'' @var{n}, which is the numeric prefix argument given to the
20008 command.  The result is a vector of @var{n} counts of how many times
20009 each value appeared in the original vector.  Non-integers in the input
20010 are rounded down to integers.  Any vector elements outside the specified
20011 range are ignored.  (You can tell if elements have been ignored by noting
20012 that the counts in the result vector don't add up to the length of the
20013 input vector.)
20015 @kindex H V H
20016 With the Hyperbolic flag, @kbd{H V H} pulls two vectors from the stack.
20017 The second-to-top vector is the list of numbers as before.  The top
20018 vector is an equal-sized list of ``weights'' to attach to the elements
20019 of the data vector.  For example, if the first data element is 4.2 and
20020 the first weight is 10, then 10 will be added to bin 4 of the result
20021 vector.  Without the hyperbolic flag, every element has a weight of one.
20023 @kindex v t
20024 @pindex calc-transpose
20025 @tindex trn
20026 The @kbd{v t} (@code{calc-transpose}) [@code{trn}] command computes
20027 the transpose of the matrix at the top of the stack.  If the argument
20028 is a plain vector, it is treated as a row vector and transposed into
20029 a one-column matrix.
20031 @kindex v v
20032 @pindex calc-reverse-vector
20033 @tindex rev
20034 The @kbd{v v} (@code{calc-reverse-vector}) [@code{vec}] command reverses
20035 a vector end-for-end.  Given a matrix, it reverses the order of the rows.
20036 (To reverse the columns instead, just use @kbd{v t v v v t}.  The same
20037 principle can be used to apply other vector commands to the columns of
20038 a matrix.)
20040 @kindex v m
20041 @pindex calc-mask-vector
20042 @tindex vmask
20043 The @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector}) [@code{vmask}] command uses
20044 one vector as a mask to extract elements of another vector.  The mask
20045 is in the second-to-top position; the target vector is on the top of
20046 the stack.  These vectors must have the same length.  The result is
20047 the same as the target vector, but with all elements which correspond
20048 to zeros in the mask vector deleted.  Thus, for example,
20049 @samp{vmask([1, 0, 1, 0, 1], [a, b, c, d, e])} produces @samp{[a, c, e]}.
20050 @xref{Logical Operations}.
20052 @kindex v e
20053 @pindex calc-expand-vector
20054 @tindex vexp
20055 The @kbd{v e} (@code{calc-expand-vector}) [@code{vexp}] command
20056 expands a vector according to another mask vector.  The result is a
20057 vector the same length as the mask, but with nonzero elements replaced
20058 by successive elements from the target vector.  The length of the target
20059 vector is normally the number of nonzero elements in the mask.  If the
20060 target vector is longer, its last few elements are lost.  If the target
20061 vector is shorter, the last few nonzero mask elements are left
20062 unreplaced in the result.  Thus @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b])}
20063 produces @samp{[a, 0, b, 0, 7]}.
20065 @kindex H v e
20066 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v e} takes a filler value from the
20067 top of the stack; the mask and target vectors come from the third and
20068 second elements of the stack.  This filler is used where the mask is
20069 zero:  @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b], z)} produces
20070 @samp{[a, z, c, z, 7]}.  If the filler value is itself a vector,
20071 then successive values are taken from it, so that the effect is to
20072 interleave two vectors according to the mask:
20073 @samp{vexp([2, 0, 3, 7, 0, 0], [a, b], [x, y])} produces
20074 @samp{[a, x, b, 7, y, 0]}.
20076 Another variation on the masking idea is to combine @samp{[a, b, c, d, e]}
20077 with the mask @samp{[1, 0, 1, 0, 1]} to produce @samp{[a, 0, c, 0, e]}.
20078 You can accomplish this with @kbd{V M a &}, mapping the logical ``and''
20079 operation across the two vectors.  @xref{Logical Operations}.  Note that
20080 the @code{? :} operation also discussed there allows other types of
20081 masking using vectors.
20083 @node Vector and Matrix Arithmetic, Set Operations, Manipulating Vectors, Matrix Functions
20084 @section Vector and Matrix Arithmetic
20086 @noindent
20087 Basic arithmetic operations like addition and multiplication are defined
20088 for vectors and matrices as well as for numbers.  Division of matrices, in
20089 the sense of multiplying by the inverse, is supported.  (Division by a
20090 matrix actually uses LU-decomposition for greater accuracy and speed.)
20091 @xref{Basic Arithmetic}.
20093 The following functions are applied element-wise if their arguments are
20094 vectors or matrices: @code{change-sign}, @code{conj}, @code{arg},
20095 @code{re}, @code{im}, @code{polar}, @code{rect}, @code{clean},
20096 @code{float}, @code{frac}.  @xref{Function Index}.
20098 @kindex V J
20099 @pindex calc-conj-transpose
20100 @tindex ctrn
20101 The @kbd{V J} (@code{calc-conj-transpose}) [@code{ctrn}] command computes
20102 the conjugate transpose of its argument, i.e., @samp{conj(trn(x))}.
20104 @ignore
20105 @mindex A
20106 @end ignore
20107 @kindex A (vectors)
20108 @pindex calc-abs (vectors)
20109 @ignore
20110 @mindex abs
20111 @end ignore
20112 @tindex abs (vectors)
20113 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the
20114 Frobenius norm of a vector or matrix argument.  This is the square
20115 root of the sum of the squares of the absolute values of the
20116 elements of the vector or matrix.  If the vector is interpreted as
20117 a point in two- or three-dimensional space, this is the distance
20118 from that point to the origin.
20120 @kindex v n
20121 @pindex calc-rnorm
20122 @tindex rnorm
20123 The @kbd{v n} (@code{calc-rnorm}) [@code{rnorm}] command computes
20124 the row norm, or infinity-norm, of a vector or matrix.  For a plain
20125 vector, this is the maximum of the absolute values of the elements.
20126 For a matrix, this is the maximum of the row-absolute-value-sums,
20127 i.e., of the sums of the absolute values of the elements along the
20128 various rows.
20130 @kindex V N
20131 @pindex calc-cnorm
20132 @tindex cnorm
20133 The @kbd{V N} (@code{calc-cnorm}) [@code{cnorm}] command computes
20134 the column norm, or one-norm, of a vector or matrix.  For a plain
20135 vector, this is the sum of the absolute values of the elements.
20136 For a matrix, this is the maximum of the column-absolute-value-sums.
20137 General @expr{k}-norms for @expr{k} other than one or infinity are
20138 not provided.
20140 @kindex V C
20141 @pindex calc-cross
20142 @tindex cross
20143 The @kbd{V C} (@code{calc-cross}) [@code{cross}] command computes the
20144 right-handed cross product of two vectors, each of which must have
20145 exactly three elements.
20147 @ignore
20148 @mindex &
20149 @end ignore
20150 @kindex & (matrices)
20151 @pindex calc-inv (matrices)
20152 @ignore
20153 @mindex inv
20154 @end ignore
20155 @tindex inv (matrices)
20156 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
20157 inverse of a square matrix.  If the matrix is singular, the inverse
20158 operation is left in symbolic form.  Matrix inverses are recorded so
20159 that once an inverse (or determinant) of a particular matrix has been
20160 computed, the inverse and determinant of the matrix can be recomputed
20161 quickly in the future.
20163 If the argument to @kbd{&} is a plain number @expr{x}, this
20164 command simply computes @expr{1/x}.  This is okay, because the
20165 @samp{/} operator also does a matrix inversion when dividing one
20166 by a matrix.
20168 @kindex V D
20169 @pindex calc-mdet
20170 @tindex det
20171 The @kbd{V D} (@code{calc-mdet}) [@code{det}] command computes the
20172 determinant of a square matrix.
20174 @kindex V L
20175 @pindex calc-mlud
20176 @tindex lud
20177 The @kbd{V L} (@code{calc-mlud}) [@code{lud}] command computes the
20178 LU decomposition of a matrix.  The result is a list of three matrices
20179 which, when multiplied together left-to-right, form the original matrix.
20180 The first is a permutation matrix that arises from pivoting in the
20181 algorithm, the second is lower-triangular with ones on the diagonal,
20182 and the third is upper-triangular.
20184 @kindex V T
20185 @pindex calc-mtrace
20186 @tindex tr
20187 The @kbd{V T} (@code{calc-mtrace}) [@code{tr}] command computes the
20188 trace of a square matrix.  This is defined as the sum of the diagonal
20189 elements of the matrix.
20191 @node Set Operations, Statistical Operations, Vector and Matrix Arithmetic, Matrix Functions
20192 @section Set Operations using Vectors
20194 @noindent
20195 @cindex Sets, as vectors
20196 Calc includes several commands which interpret vectors as @dfn{sets} of
20197 objects.  A set is a collection of objects; any given object can appear
20198 only once in the set.  Calc stores sets as vectors of objects in
20199 sorted order.  Objects in a Calc set can be any of the usual things,
20200 such as numbers, variables, or formulas.  Two set elements are considered
20201 equal if they are identical, except that numerically equal numbers like
20202 the integer 4 and the float 4.0 are considered equal even though they
20203 are not ``identical.''  Variables are treated like plain symbols without
20204 attached values by the set operations; subtracting the set @samp{[b]}
20205 from @samp{[a, b]} always yields the set @samp{[a]} even though if
20206 the variables @samp{a} and @samp{b} both equaled 17, you might
20207 expect the answer @samp{[]}.
20209 If a set contains interval forms, then it is assumed to be a set of
20210 real numbers.  In this case, all set operations require the elements
20211 of the set to be only things that are allowed in intervals:  Real
20212 numbers, plus and minus infinity, HMS forms, and date forms.  If
20213 there are variables or other non-real objects present in a real set,
20214 all set operations on it will be left in unevaluated form.
20216 If the input to a set operation is a plain number or interval form
20217 @var{a}, it is treated like the one-element vector @samp{[@var{a}]}.
20218 The result is always a vector, except that if the set consists of a
20219 single interval, the interval itself is returned instead.
20221 @xref{Logical Operations}, for the @code{in} function which tests if
20222 a certain value is a member of a given set.  To test if the set @expr{A}
20223 is a subset of the set @expr{B}, use @samp{vdiff(A, B) = []}.
20225 @kindex V +
20226 @pindex calc-remove-duplicates
20227 @tindex rdup
20228 The @kbd{V +} (@code{calc-remove-duplicates}) [@code{rdup}] command
20229 converts an arbitrary vector into set notation.  It works by sorting
20230 the vector as if by @kbd{V S}, then removing duplicates.  (For example,
20231 @kbd{[a, 5, 4, a, 4.0]} is sorted to @samp{[4, 4.0, 5, a, a]} and then
20232 reduced to @samp{[4, 5, a]}).  Overlapping intervals are merged as
20233 necessary.  You rarely need to use @kbd{V +} explicitly, since all the
20234 other set-based commands apply @kbd{V +} to their inputs before using
20235 them.
20237 @kindex V V
20238 @pindex calc-set-union
20239 @tindex vunion
20240 The @kbd{V V} (@code{calc-set-union}) [@code{vunion}] command computes
20241 the union of two sets.  An object is in the union of two sets if and
20242 only if it is in either (or both) of the input sets.  (You could
20243 accomplish the same thing by concatenating the sets with @kbd{|},
20244 then using @kbd{V +}.)
20246 @kindex V ^
20247 @pindex calc-set-intersect
20248 @tindex vint
20249 The @kbd{V ^} (@code{calc-set-intersect}) [@code{vint}] command computes
20250 the intersection of two sets.  An object is in the intersection if
20251 and only if it is in both of the input sets.  Thus if the input
20252 sets are disjoint, i.e., if they share no common elements, the result
20253 will be the empty vector @samp{[]}.  Note that the characters @kbd{V}
20254 and @kbd{^} were chosen to be close to the conventional mathematical
20255 notation for set 
20256 @texline union@tie{}(@math{A \cup B})
20257 @infoline union
20258 and 
20259 @texline intersection@tie{}(@math{A \cap B}).
20260 @infoline intersection.
20262 @kindex V -
20263 @pindex calc-set-difference
20264 @tindex vdiff
20265 The @kbd{V -} (@code{calc-set-difference}) [@code{vdiff}] command computes
20266 the difference between two sets.  An object is in the difference
20267 @expr{A - B} if and only if it is in @expr{A} but not in @expr{B}.
20268 Thus subtracting @samp{[y,z]} from a set will remove the elements
20269 @samp{y} and @samp{z} if they are present.  You can also think of this
20270 as a general @dfn{set complement} operator; if @expr{A} is the set of
20271 all possible values, then @expr{A - B} is the ``complement'' of @expr{B}.
20272 Obviously this is only practical if the set of all possible values in
20273 your problem is small enough to list in a Calc vector (or simple
20274 enough to express in a few intervals).
20276 @kindex V X
20277 @pindex calc-set-xor
20278 @tindex vxor
20279 The @kbd{V X} (@code{calc-set-xor}) [@code{vxor}] command computes
20280 the ``exclusive-or,'' or ``symmetric difference'' of two sets.
20281 An object is in the symmetric difference of two sets if and only
20282 if it is in one, but @emph{not} both, of the sets.  Objects that
20283 occur in both sets ``cancel out.''
20285 @kindex V ~
20286 @pindex calc-set-complement
20287 @tindex vcompl
20288 The @kbd{V ~} (@code{calc-set-complement}) [@code{vcompl}] command
20289 computes the complement of a set with respect to the real numbers.
20290 Thus @samp{vcompl(x)} is equivalent to @samp{vdiff([-inf .. inf], x)}.
20291 For example, @samp{vcompl([2, (3 .. 4]])} evaluates to
20292 @samp{[[-inf .. 2), (2 .. 3], (4 .. inf]]}.
20294 @kindex V F
20295 @pindex calc-set-floor
20296 @tindex vfloor
20297 The @kbd{V F} (@code{calc-set-floor}) [@code{vfloor}] command
20298 reinterprets a set as a set of integers.  Any non-integer values,
20299 and intervals that do not enclose any integers, are removed.  Open
20300 intervals are converted to equivalent closed intervals.  Successive
20301 integers are converted into intervals of integers.  For example, the
20302 complement of the set @samp{[2, 6, 7, 8]} is messy, but if you wanted
20303 the complement with respect to the set of integers you could type
20304 @kbd{V ~ V F} to get @samp{[[-inf .. 1], [3 .. 5], [9 .. inf]]}.
20306 @kindex V E
20307 @pindex calc-set-enumerate
20308 @tindex venum
20309 The @kbd{V E} (@code{calc-set-enumerate}) [@code{venum}] command
20310 converts a set of integers into an explicit vector.  Intervals in
20311 the set are expanded out to lists of all integers encompassed by
20312 the intervals.  This only works for finite sets (i.e., sets which
20313 do not involve @samp{-inf} or @samp{inf}).
20315 @kindex V :
20316 @pindex calc-set-span
20317 @tindex vspan
20318 The @kbd{V :} (@code{calc-set-span}) [@code{vspan}] command converts any
20319 set of reals into an interval form that encompasses all its elements.
20320 The lower limit will be the smallest element in the set; the upper
20321 limit will be the largest element.  For an empty set, @samp{vspan([])}
20322 returns the empty interval @w{@samp{[0 .. 0)}}.
20324 @kindex V #
20325 @pindex calc-set-cardinality
20326 @tindex vcard
20327 The @kbd{V #} (@code{calc-set-cardinality}) [@code{vcard}] command counts
20328 the number of integers in a set.  The result is the length of the vector
20329 that would be produced by @kbd{V E}, although the computation is much
20330 more efficient than actually producing that vector.
20332 @cindex Sets, as binary numbers
20333 Another representation for sets that may be more appropriate in some
20334 cases is binary numbers.  If you are dealing with sets of integers
20335 in the range 0 to 49, you can use a 50-bit binary number where a
20336 particular bit is 1 if the corresponding element is in the set.
20337 @xref{Binary Functions}, for a list of commands that operate on
20338 binary numbers.  Note that many of the above set operations have
20339 direct equivalents in binary arithmetic:  @kbd{b o} (@code{calc-or}),
20340 @kbd{b a} (@code{calc-and}), @kbd{b d} (@code{calc-diff}),
20341 @kbd{b x} (@code{calc-xor}), and @kbd{b n} (@code{calc-not}),
20342 respectively.  You can use whatever representation for sets is most
20343 convenient to you.
20345 @kindex b p
20346 @kindex b u
20347 @pindex calc-pack-bits
20348 @pindex calc-unpack-bits
20349 @tindex vpack
20350 @tindex vunpack
20351 The @kbd{b u} (@code{calc-unpack-bits}) [@code{vunpack}] command
20352 converts an integer that represents a set in binary into a set
20353 in vector/interval notation.  For example, @samp{vunpack(67)}
20354 returns @samp{[[0 .. 1], 6]}.  If the input is negative, the set
20355 it represents is semi-infinite: @samp{vunpack(-4) = [2 .. inf)}.
20356 Use @kbd{V E} afterwards to expand intervals to individual
20357 values if you wish.  Note that this command uses the @kbd{b}
20358 (binary) prefix key.
20360 The @kbd{b p} (@code{calc-pack-bits}) [@code{vpack}] command
20361 converts the other way, from a vector or interval representing
20362 a set of nonnegative integers into a binary integer describing
20363 the same set.  The set may include positive infinity, but must
20364 not include any negative numbers.  The input is interpreted as a
20365 set of integers in the sense of @kbd{V F} (@code{vfloor}).  Beware
20366 that a simple input like @samp{[100]} can result in a huge integer
20367 representation 
20368 @texline (@math{2^{100}}, a 31-digit integer, in this case).
20369 @infoline (@expr{2^100}, a 31-digit integer, in this case).
20371 @node Statistical Operations, Reducing and Mapping, Set Operations, Matrix Functions
20372 @section Statistical Operations on Vectors
20374 @noindent
20375 @cindex Statistical functions
20376 The commands in this section take vectors as arguments and compute
20377 various statistical measures on the data stored in the vectors.  The
20378 references used in the definitions of these functions are Bevington's
20379 @emph{Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences},
20380 and @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky and
20381 Vetterling.
20383 The statistical commands use the @kbd{u} prefix key followed by
20384 a shifted letter or other character.
20386 @xref{Manipulating Vectors}, for a description of @kbd{V H}
20387 (@code{calc-histogram}).
20389 @xref{Curve Fitting}, for the @kbd{a F} command for doing
20390 least-squares fits to statistical data.
20392 @xref{Probability Distribution Functions}, for several common
20393 probability distribution functions.
20395 @menu
20396 * Single-Variable Statistics::
20397 * Paired-Sample Statistics::
20398 @end menu
20400 @node Single-Variable Statistics, Paired-Sample Statistics, Statistical Operations, Statistical Operations
20401 @subsection Single-Variable Statistics
20403 @noindent
20404 These functions do various statistical computations on single
20405 vectors.  Given a numeric prefix argument, they actually pop
20406 @var{n} objects from the stack and combine them into a data
20407 vector.  Each object may be either a number or a vector; if a
20408 vector, any sub-vectors inside it are ``flattened'' as if by
20409 @kbd{v a 0}; @pxref{Manipulating Vectors}.  By default one object
20410 is popped, which (in order to be useful) is usually a vector.
20412 If an argument is a variable name, and the value stored in that
20413 variable is a vector, then the stored vector is used.  This method
20414 has the advantage that if your data vector is large, you can avoid
20415 the slow process of manipulating it directly on the stack.
20417 These functions are left in symbolic form if any of their arguments
20418 are not numbers or vectors, e.g., if an argument is a formula, or
20419 a non-vector variable.  However, formulas embedded within vector
20420 arguments are accepted; the result is a symbolic representation
20421 of the computation, based on the assumption that the formula does
20422 not itself represent a vector.  All varieties of numbers such as
20423 error forms and interval forms are acceptable.
20425 Some of the functions in this section also accept a single error form
20426 or interval as an argument.  They then describe a property of the
20427 normal or uniform (respectively) statistical distribution described
20428 by the argument.  The arguments are interpreted in the same way as
20429 the @var{M} argument of the random number function @kbd{k r}.  In
20430 particular, an interval with integer limits is considered an integer
20431 distribution, so that @samp{[2 .. 6)} is the same as @samp{[2 .. 5]}.
20432 An interval with at least one floating-point limit is a continuous
20433 distribution:  @samp{[2.0 .. 6.0)} is @emph{not} the same as
20434 @samp{[2.0 .. 5.0]}!
20436 @kindex u #
20437 @pindex calc-vector-count
20438 @tindex vcount
20439 The @kbd{u #} (@code{calc-vector-count}) [@code{vcount}] command
20440 computes the number of data values represented by the inputs.
20441 For example, @samp{vcount(1, [2, 3], [[4, 5], [], x, y])} returns 7.
20442 If the argument is a single vector with no sub-vectors, this
20443 simply computes the length of the vector.
20445 @kindex u +
20446 @kindex u *
20447 @pindex calc-vector-sum
20448 @pindex calc-vector-prod
20449 @tindex vsum
20450 @tindex vprod
20451 @cindex Summations (statistical)
20452 The @kbd{u +} (@code{calc-vector-sum}) [@code{vsum}] command
20453 computes the sum of the data values.  The @kbd{u *}
20454 (@code{calc-vector-prod}) [@code{vprod}] command computes the
20455 product of the data values.  If the input is a single flat vector,
20456 these are the same as @kbd{V R +} and @kbd{V R *}
20457 (@pxref{Reducing and Mapping}).
20459 @kindex u X
20460 @kindex u N
20461 @pindex calc-vector-max
20462 @pindex calc-vector-min
20463 @tindex vmax
20464 @tindex vmin
20465 The @kbd{u X} (@code{calc-vector-max}) [@code{vmax}] command
20466 computes the maximum of the data values, and the @kbd{u N}
20467 (@code{calc-vector-min}) [@code{vmin}] command computes the minimum.
20468 If the argument is an interval, this finds the minimum or maximum
20469 value in the interval.  (Note that @samp{vmax([2..6)) = 5} as
20470 described above.)  If the argument is an error form, this returns
20471 plus or minus infinity.
20473 @kindex u M
20474 @pindex calc-vector-mean
20475 @tindex vmean
20476 @cindex Mean of data values
20477 The @kbd{u M} (@code{calc-vector-mean}) [@code{vmean}] command
20478 computes the average (arithmetic mean) of the data values.
20479 If the inputs are error forms 
20480 @texline @math{x \pm \sigma},
20481 @infoline @samp{x +/- s}, 
20482 this is the weighted mean of the @expr{x} values with weights 
20483 @texline @math{1 /\sigma^2}.
20484 @infoline @expr{1 / s^2}.
20485 @tex
20486 \turnoffactive
20487 $$ \mu = { \displaystyle \sum { x_i \over \sigma_i^2 } \over
20488            \displaystyle \sum { 1 \over \sigma_i^2 } } $$
20489 @end tex
20490 If the inputs are not error forms, this is simply the sum of the
20491 values divided by the count of the values.
20493 Note that a plain number can be considered an error form with
20494 error 
20495 @texline @math{\sigma = 0}.
20496 @infoline @expr{s = 0}.  
20497 If the input to @kbd{u M} is a mixture of
20498 plain numbers and error forms, the result is the mean of the
20499 plain numbers, ignoring all values with non-zero errors.  (By the
20500 above definitions it's clear that a plain number effectively
20501 has an infinite weight, next to which an error form with a finite
20502 weight is completely negligible.)
20504 This function also works for distributions (error forms or
20505 intervals).  The mean of an error form `@var{a} @tfn{+/-} @var{b}' is simply
20506 @expr{a}.  The mean of an interval is the mean of the minimum
20507 and maximum values of the interval.
20509 @kindex I u M
20510 @pindex calc-vector-mean-error
20511 @tindex vmeane
20512 The @kbd{I u M} (@code{calc-vector-mean-error}) [@code{vmeane}]
20513 command computes the mean of the data points expressed as an
20514 error form.  This includes the estimated error associated with
20515 the mean.  If the inputs are error forms, the error is the square
20516 root of the reciprocal of the sum of the reciprocals of the squares
20517 of the input errors.  (I.e., the variance is the reciprocal of the
20518 sum of the reciprocals of the variances.)
20519 @tex
20520 \turnoffactive
20521 $$ \sigma_\mu^2 = {1 \over \displaystyle \sum {1 \over \sigma_i^2}} $$
20522 @end tex
20523 If the inputs are plain
20524 numbers, the error is equal to the standard deviation of the values
20525 divided by the square root of the number of values.  (This works
20526 out to be equivalent to calculating the standard deviation and
20527 then assuming each value's error is equal to this standard
20528 deviation.)
20529 @tex
20530 \turnoffactive
20531 $$ \sigma_\mu^2 = {\sigma^2 \over N} $$
20532 @end tex
20534 @kindex H u M
20535 @pindex calc-vector-median
20536 @tindex vmedian
20537 @cindex Median of data values
20538 The @kbd{H u M} (@code{calc-vector-median}) [@code{vmedian}]
20539 command computes the median of the data values.  The values are
20540 first sorted into numerical order; the median is the middle
20541 value after sorting.  (If the number of data values is even,
20542 the median is taken to be the average of the two middle values.)
20543 The median function is different from the other functions in
20544 this section in that the arguments must all be real numbers;
20545 variables are not accepted even when nested inside vectors.
20546 (Otherwise it is not possible to sort the data values.)  If
20547 any of the input values are error forms, their error parts are
20548 ignored.
20550 The median function also accepts distributions.  For both normal
20551 (error form) and uniform (interval) distributions, the median is
20552 the same as the mean.
20554 @kindex H I u M
20555 @pindex calc-vector-harmonic-mean
20556 @tindex vhmean
20557 @cindex Harmonic mean
20558 The @kbd{H I u M} (@code{calc-vector-harmonic-mean}) [@code{vhmean}]
20559 command computes the harmonic mean of the data values.  This is
20560 defined as the reciprocal of the arithmetic mean of the reciprocals
20561 of the values.
20562 @tex
20563 \turnoffactive
20564 $$ { N \over \displaystyle \sum {1 \over x_i} } $$
20565 @end tex
20567 @kindex u G
20568 @pindex calc-vector-geometric-mean
20569 @tindex vgmean
20570 @cindex Geometric mean
20571 The @kbd{u G} (@code{calc-vector-geometric-mean}) [@code{vgmean}]
20572 command computes the geometric mean of the data values.  This
20573 is the @var{n}th root of the product of the values.  This is also
20574 equal to the @code{exp} of the arithmetic mean of the logarithms
20575 of the data values.
20576 @tex
20577 \turnoffactive
20578 $$ \exp \left ( \sum { \ln x_i } \right ) =
20579    \left ( \prod { x_i } \right)^{1 / N} $$
20580 @end tex
20582 @kindex H u G
20583 @tindex agmean
20584 The @kbd{H u G} [@code{agmean}] command computes the ``arithmetic-geometric
20585 mean'' of two numbers taken from the stack.  This is computed by
20586 replacing the two numbers with their arithmetic mean and geometric
20587 mean, then repeating until the two values converge.
20588 @tex
20589 \turnoffactive
20590 $$ a_{i+1} = { a_i + b_i \over 2 } , \qquad b_{i+1} = \sqrt{a_i b_i} $$
20591 @end tex
20593 @cindex Root-mean-square
20594 Another commonly used mean, the RMS (root-mean-square), can be computed
20595 for a vector of numbers simply by using the @kbd{A} command.
20597 @kindex u S
20598 @pindex calc-vector-sdev
20599 @tindex vsdev
20600 @cindex Standard deviation
20601 @cindex Sample statistics
20602 The @kbd{u S} (@code{calc-vector-sdev}) [@code{vsdev}] command
20603 computes the standard 
20604 @texline deviation@tie{}@math{\sigma}
20605 @infoline deviation
20606 of the data values.  If the values are error forms, the errors are used
20607 as weights just as for @kbd{u M}.  This is the @emph{sample} standard
20608 deviation, whose value is the square root of the sum of the squares of
20609 the differences between the values and the mean of the @expr{N} values,
20610 divided by @expr{N-1}.
20611 @tex
20612 \turnoffactive
20613 $$ \sigma^2 = {1 \over N - 1} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20614 @end tex
20616 This function also applies to distributions.  The standard deviation
20617 of a single error form is simply the error part.  The standard deviation
20618 of a continuous interval happens to equal the difference between the
20619 limits, divided by 
20620 @texline @math{\sqrt{12}}.
20621 @infoline @expr{sqrt(12)}.  
20622 The standard deviation of an integer interval is the same as the
20623 standard deviation of a vector of those integers.
20625 @kindex I u S
20626 @pindex calc-vector-pop-sdev
20627 @tindex vpsdev
20628 @cindex Population statistics
20629 The @kbd{I u S} (@code{calc-vector-pop-sdev}) [@code{vpsdev}]
20630 command computes the @emph{population} standard deviation.
20631 It is defined by the same formula as above but dividing
20632 by @expr{N} instead of by @expr{N-1}.  The population standard
20633 deviation is used when the input represents the entire set of
20634 data values in the distribution; the sample standard deviation
20635 is used when the input represents a sample of the set of all
20636 data values, so that the mean computed from the input is itself
20637 only an estimate of the true mean.
20638 @tex
20639 \turnoffactive
20640 $$ \sigma^2 = {1 \over N} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20641 @end tex
20643 For error forms and continuous intervals, @code{vpsdev} works
20644 exactly like @code{vsdev}.  For integer intervals, it computes the
20645 population standard deviation of the equivalent vector of integers.
20647 @kindex H u S
20648 @kindex H I u S
20649 @pindex calc-vector-variance
20650 @pindex calc-vector-pop-variance
20651 @tindex vvar
20652 @tindex vpvar
20653 @cindex Variance of data values
20654 The @kbd{H u S} (@code{calc-vector-variance}) [@code{vvar}] and
20655 @kbd{H I u S} (@code{calc-vector-pop-variance}) [@code{vpvar}]
20656 commands compute the variance of the data values.  The variance
20657 is the 
20658 @texline square@tie{}@math{\sigma^2}
20659 @infoline square
20660 of the standard deviation, i.e., the sum of the
20661 squares of the deviations of the data values from the mean.
20662 (This definition also applies when the argument is a distribution.)
20664 @ignore
20665 @starindex
20666 @end ignore
20667 @tindex vflat
20668 The @code{vflat} algebraic function returns a vector of its
20669 arguments, interpreted in the same way as the other functions
20670 in this section.  For example, @samp{vflat(1, [2, [3, 4]], 5)}
20671 returns @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
20673 @node Paired-Sample Statistics, , Single-Variable Statistics, Statistical Operations
20674 @subsection Paired-Sample Statistics
20676 @noindent
20677 The functions in this section take two arguments, which must be
20678 vectors of equal size.  The vectors are each flattened in the same
20679 way as by the single-variable statistical functions.  Given a numeric
20680 prefix argument of 1, these functions instead take one object from
20681 the stack, which must be an 
20682 @texline @math{N\times2}
20683 @infoline Nx2
20684 matrix of data values.  Once again, variable names can be used in place
20685 of actual vectors and matrices.
20687 @kindex u C
20688 @pindex calc-vector-covariance
20689 @tindex vcov
20690 @cindex Covariance
20691 The @kbd{u C} (@code{calc-vector-covariance}) [@code{vcov}] command
20692 computes the sample covariance of two vectors.  The covariance
20693 of vectors @var{x} and @var{y} is the sum of the products of the
20694 differences between the elements of @var{x} and the mean of @var{x}
20695 times the differences between the corresponding elements of @var{y}
20696 and the mean of @var{y}, all divided by @expr{N-1}.  Note that
20697 the variance of a vector is just the covariance of the vector
20698 with itself.  Once again, if the inputs are error forms the
20699 errors are used as weight factors.  If both @var{x} and @var{y}
20700 are composed of error forms, the error for a given data point
20701 is taken as the square root of the sum of the squares of the two
20702 input errors.
20703 @tex
20704 \turnoffactive
20705 $$ \sigma_{x\!y}^2 = {1 \over N-1} \sum (x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) $$
20706 $$ \sigma_{x\!y}^2 =
20707     {\displaystyle {1 \over N-1}
20708                    \sum {(x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) \over \sigma_i^2}
20709      \over \displaystyle {1 \over N} \sum {1 \over \sigma_i^2}}
20711 @end tex
20713 @kindex I u C
20714 @pindex calc-vector-pop-covariance
20715 @tindex vpcov
20716 The @kbd{I u C} (@code{calc-vector-pop-covariance}) [@code{vpcov}]
20717 command computes the population covariance, which is the same as the
20718 sample covariance computed by @kbd{u C} except dividing by @expr{N}
20719 instead of @expr{N-1}.
20721 @kindex H u C
20722 @pindex calc-vector-correlation
20723 @tindex vcorr
20724 @cindex Correlation coefficient
20725 @cindex Linear correlation
20726 The @kbd{H u C} (@code{calc-vector-correlation}) [@code{vcorr}]
20727 command computes the linear correlation coefficient of two vectors.
20728 This is defined by the covariance of the vectors divided by the
20729 product of their standard deviations.  (There is no difference
20730 between sample or population statistics here.)
20731 @tex
20732 \turnoffactive
20733 $$ r_{x\!y} = { \sigma_{x\!y}^2 \over \sigma_x^2 \sigma_y^2 } $$
20734 @end tex
20736 @node Reducing and Mapping, Vector and Matrix Formats, Statistical Operations, Matrix Functions
20737 @section Reducing and Mapping Vectors
20739 @noindent
20740 The commands in this section allow for more general operations on the
20741 elements of vectors.
20743 @kindex V A
20744 @pindex calc-apply
20745 @tindex apply
20746 The simplest of these operations is @kbd{V A} (@code{calc-apply})
20747 [@code{apply}], which applies a given operator to the elements of a vector.
20748 For example, applying the hypothetical function @code{f} to the vector
20749 @w{@samp{[1, 2, 3]}} would produce the function call @samp{f(1, 2, 3)}.
20750 Applying the @code{+} function to the vector @samp{[a, b]} gives
20751 @samp{a + b}.  Applying @code{+} to the vector @samp{[a, b, c]} is an
20752 error, since the @code{+} function expects exactly two arguments.
20754 While @kbd{V A} is useful in some cases, you will usually find that either
20755 @kbd{V R} or @kbd{V M}, described below, is closer to what you want.
20757 @menu
20758 * Specifying Operators::
20759 * Mapping::
20760 * Reducing::
20761 * Nesting and Fixed Points::
20762 * Generalized Products::
20763 @end menu
20765 @node Specifying Operators, Mapping, Reducing and Mapping, Reducing and Mapping
20766 @subsection Specifying Operators
20768 @noindent
20769 Commands in this section (like @kbd{V A}) prompt you to press the key
20770 corresponding to the desired operator.  Press @kbd{?} for a partial
20771 list of the available operators.  Generally, an operator is any key or
20772 sequence of keys that would normally take one or more arguments from
20773 the stack and replace them with a result.  For example, @kbd{V A H C}
20774 uses the hyperbolic cosine operator, @code{cosh}.  (Since @code{cosh}
20775 expects one argument, @kbd{V A H C} requires a vector with a single
20776 element as its argument.)
20778 You can press @kbd{x} at the operator prompt to select any algebraic
20779 function by name to use as the operator.  This includes functions you
20780 have defined yourself using the @kbd{Z F} command.  (@xref{Algebraic
20781 Definitions}.)  If you give a name for which no function has been
20782 defined, the result is left in symbolic form, as in @samp{f(1, 2, 3)}.
20783 Calc will prompt for the number of arguments the function takes if it
20784 can't figure it out on its own (say, because you named a function that
20785 is currently undefined).  It is also possible to type a digit key before
20786 the function name to specify the number of arguments, e.g.,
20787 @kbd{V M 3 x f @key{RET}} calls @code{f} with three arguments even if it
20788 looks like it ought to have only two.  This technique may be necessary
20789 if the function allows a variable number of arguments.  For example,
20790 the @kbd{v e} [@code{vexp}] function accepts two or three arguments;
20791 if you want to map with the three-argument version, you will have to
20792 type @kbd{V M 3 v e}.
20794 It is also possible to apply any formula to a vector by treating that
20795 formula as a function.  When prompted for the operator to use, press
20796 @kbd{'} (the apostrophe) and type your formula as an algebraic entry.
20797 You will then be prompted for the argument list, which defaults to a
20798 list of all variables that appear in the formula, sorted into alphabetic
20799 order.  For example, suppose you enter the formula @w{@samp{x + 2y^x}}.
20800 The default argument list would be @samp{(x y)}, which means that if
20801 this function is applied to the arguments @samp{[3, 10]} the result will
20802 be @samp{3 + 2*10^3}.  (If you plan to use a certain formula in this
20803 way often, you might consider defining it as a function with @kbd{Z F}.)
20805 Another way to specify the arguments to the formula you enter is with
20806 @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on.  For example, @kbd{V A ' $$ + 2$^$$}
20807 has the same effect as the previous example.  The argument list is
20808 automatically taken to be @samp{($$ $)}.  (The order of the arguments
20809 may seem backwards, but it is analogous to the way normal algebraic
20810 entry interacts with the stack.)
20812 If you press @kbd{$} at the operator prompt, the effect is similar to
20813 the apostrophe except that the relevant formula is taken from top-of-stack
20814 instead.  The actual vector arguments of the @kbd{V A $} or related command
20815 then start at the second-to-top stack position.  You will still be
20816 prompted for an argument list.
20818 @cindex Nameless functions
20819 @cindex Generic functions
20820 A function can be written without a name using the notation @samp{<#1 - #2>},
20821 which means ``a function of two arguments that computes the first
20822 argument minus the second argument.''  The symbols @samp{#1} and @samp{#2}
20823 are placeholders for the arguments.  You can use any names for these
20824 placeholders if you wish, by including an argument list followed by a
20825 colon:  @samp{<x, y : x - y>}.  When you type @kbd{V A ' $$ + 2$^$$ @key{RET}},
20826 Calc builds the nameless function @samp{<#1 + 2 #2^#1>} as the function
20827 to map across the vectors.  When you type @kbd{V A ' x + 2y^x @key{RET} @key{RET}},
20828 Calc builds the nameless function @w{@samp{<x, y : x + 2 y^x>}}.  In both
20829 cases, Calc also writes the nameless function to the Trail so that you
20830 can get it back later if you wish.
20832 If there is only one argument, you can write @samp{#} in place of @samp{#1}.
20833 (Note that @samp{< >} notation is also used for date forms.  Calc tells
20834 that @samp{<@var{stuff}>} is a nameless function by the presence of
20835 @samp{#} signs inside @var{stuff}, or by the fact that @var{stuff}
20836 begins with a list of variables followed by a colon.)
20838 You can type a nameless function directly to @kbd{V A '}, or put one on
20839 the stack and use it with @w{@kbd{V A $}}.  Calc will not prompt for an
20840 argument list in this case, since the nameless function specifies the
20841 argument list as well as the function itself.  In @kbd{V A '}, you can
20842 omit the @samp{< >} marks if you use @samp{#} notation for the arguments,
20843 so that @kbd{V A ' #1+#2 @key{RET}} is the same as @kbd{V A ' <#1+#2> @key{RET}},
20844 which in turn is the same as @kbd{V A ' $$+$ @key{RET}}.
20846 @cindex Lambda expressions
20847 @ignore
20848 @starindex
20849 @end ignore
20850 @tindex lambda
20851 The internal format for @samp{<x, y : x + y>} is @samp{lambda(x, y, x + y)}.
20852 (The word @code{lambda} derives from Lisp notation and the theory of
20853 functions.)  The internal format for @samp{<#1 + #2>} is @samp{lambda(ArgA,
20854 ArgB, ArgA + ArgB)}.  Note that there is no actual Calc function called
20855 @code{lambda}; the whole point is that the @code{lambda} expression is
20856 used in its symbolic form, not evaluated for an answer until it is applied
20857 to specific arguments by a command like @kbd{V A} or @kbd{V M}.
20859 (Actually, @code{lambda} does have one special property:  Its arguments
20860 are never evaluated; for example, putting @samp{<(2/3) #>} on the stack
20861 will not simplify the @samp{2/3} until the nameless function is actually
20862 called.)
20864 @tindex add
20865 @tindex sub
20866 @ignore
20867 @mindex @idots
20868 @end ignore
20869 @tindex mul
20870 @ignore
20871 @mindex @null
20872 @end ignore
20873 @tindex div
20874 @ignore
20875 @mindex @null
20876 @end ignore
20877 @tindex pow
20878 @ignore
20879 @mindex @null
20880 @end ignore
20881 @tindex neg
20882 @ignore
20883 @mindex @null
20884 @end ignore
20885 @tindex mod
20886 @ignore
20887 @mindex @null
20888 @end ignore
20889 @tindex vconcat
20890 As usual, commands like @kbd{V A} have algebraic function name equivalents.
20891 For example, @kbd{V A k g} with an argument of @samp{v} is equivalent to
20892 @samp{apply(gcd, v)}.  The first argument specifies the operator name,
20893 and is either a variable whose name is the same as the function name,
20894 or a nameless function like @samp{<#^3+1>}.  Operators that are normally
20895 written as algebraic symbols have the names @code{add}, @code{sub},
20896 @code{mul}, @code{div}, @code{pow}, @code{neg}, @code{mod}, and
20897 @code{vconcat}.
20899 @ignore
20900 @starindex
20901 @end ignore
20902 @tindex call
20903 The @code{call} function builds a function call out of several arguments:
20904 @samp{call(gcd, x, y)} is the same as @samp{apply(gcd, [x, y])}, which
20905 in turn is the same as @samp{gcd(x, y)}.  The first argument of @code{call},
20906 like the other functions described here, may be either a variable naming a
20907 function, or a nameless function (@samp{call(<#1+2#2>, x, y)} is the same
20908 as @samp{x + 2y}).
20910 (Experts will notice that it's not quite proper to use a variable to name
20911 a function, since the name @code{gcd} corresponds to the Lisp variable
20912 @code{var-gcd} but to the Lisp function @code{calcFunc-gcd}.  Calc
20913 automatically makes this translation, so you don't have to worry
20914 about it.)
20916 @node Mapping, Reducing, Specifying Operators, Reducing and Mapping
20917 @subsection Mapping
20919 @noindent
20920 @kindex V M
20921 @pindex calc-map
20922 @tindex map
20923 The @kbd{V M} (@code{calc-map}) [@code{map}] command applies a given
20924 operator elementwise to one or more vectors.  For example, mapping
20925 @code{A} [@code{abs}] produces a vector of the absolute values of the
20926 elements in the input vector.  Mapping @code{+} pops two vectors from
20927 the stack, which must be of equal length, and produces a vector of the
20928 pairwise sums of the elements.  If either argument is a non-vector, it
20929 is duplicated for each element of the other vector.  For example,
20930 @kbd{[1,2,3] 2 V M ^} squares the elements of the specified vector.
20931 With the 2 listed first, it would have computed a vector of powers of
20932 two.  Mapping a user-defined function pops as many arguments from the
20933 stack as the function requires.  If you give an undefined name, you will
20934 be prompted for the number of arguments to use.
20936 If any argument to @kbd{V M} is a matrix, the operator is normally mapped
20937 across all elements of the matrix.  For example, given the matrix
20938 @expr{[[1, -2, 3], [-4, 5, -6]]}, @kbd{V M A} takes six absolute values to
20939 produce another 
20940 @texline @math{3\times2}
20941 @infoline 3x2
20942 matrix, @expr{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.
20944 @tindex mapr
20945 The command @kbd{V M _} [@code{mapr}] (i.e., type an underscore at the
20946 operator prompt) maps by rows instead.  For example, @kbd{V M _ A} views
20947 the above matrix as a vector of two 3-element row vectors.  It produces
20948 a new vector which contains the absolute values of those row vectors,
20949 namely @expr{[3.74, 8.77]}.  (Recall, the absolute value of a vector is
20950 defined as the square root of the sum of the squares of the elements.)
20951 Some operators accept vectors and return new vectors; for example,
20952 @kbd{v v} reverses a vector, so @kbd{V M _ v v} would reverse each row
20953 of the matrix to get a new matrix, @expr{[[3, -2, 1], [-6, 5, -4]]}.
20955 Sometimes a vector of vectors (representing, say, strings, sets, or lists)
20956 happens to look like a matrix.  If so, remember to use @kbd{V M _} if you
20957 want to map a function across the whole strings or sets rather than across
20958 their individual elements.
20960 @tindex mapc
20961 The command @kbd{V M :} [@code{mapc}] maps by columns.  Basically, it
20962 transposes the input matrix, maps by rows, and then, if the result is a
20963 matrix, transposes again.  For example, @kbd{V M : A} takes the absolute
20964 values of the three columns of the matrix, treating each as a 2-vector,
20965 and @kbd{V M : v v} reverses the columns to get the matrix
20966 @expr{[[-4, 5, -6], [1, -2, 3]]}.
20968 (The symbols @kbd{_} and @kbd{:} were chosen because they had row-like
20969 and column-like appearances, and were not already taken by useful
20970 operators.  Also, they appear shifted on most keyboards so they are easy
20971 to type after @kbd{V M}.)
20973 The @kbd{_} and @kbd{:} modifiers have no effect on arguments that are
20974 not matrices (so if none of the arguments are matrices, they have no
20975 effect at all).  If some of the arguments are matrices and others are
20976 plain numbers, the plain numbers are held constant for all rows of the
20977 matrix (so that @kbd{2 V M _ ^} squares every row of a matrix; squaring
20978 a vector takes a dot product of the vector with itself).
20980 If some of the arguments are vectors with the same lengths as the
20981 rows (for @kbd{V M _}) or columns (for @kbd{V M :}) of the matrix
20982 arguments, those vectors are also held constant for every row or
20983 column.
20985 Sometimes it is useful to specify another mapping command as the operator
20986 to use with @kbd{V M}.  For example, @kbd{V M _ V A +} applies @kbd{V A +}
20987 to each row of the input matrix, which in turn adds the two values on that
20988 row.  If you give another vector-operator command as the operator for
20989 @kbd{V M}, it automatically uses map-by-rows mode if you don't specify
20990 otherwise; thus @kbd{V M V A +} is equivalent to @kbd{V M _ V A +}.  (If
20991 you really want to map-by-elements another mapping command, you can use
20992 a triple-nested mapping command:  @kbd{V M V M V A +} means to map
20993 @kbd{V M V A +} over the rows of the matrix; in turn, @kbd{V A +} is
20994 mapped over the elements of each row.)
20996 @tindex mapa
20997 @tindex mapd
20998 Previous versions of Calc had ``map across'' and ``map down'' modes
20999 that are now considered obsolete; the old ``map across'' is now simply
21000 @kbd{V M V A}, and ``map down'' is now @kbd{V M : V A}.  The algebraic
21001 functions @code{mapa} and @code{mapd} are still supported, though.
21002 Note also that, while the old mapping modes were persistent (once you
21003 set the mode, it would apply to later mapping commands until you reset
21004 it), the new @kbd{:} and @kbd{_} modifiers apply only to the current
21005 mapping command.  The default @kbd{V M} always means map-by-elements.
21007 @xref{Algebraic Manipulation}, for the @kbd{a M} command, which is like
21008 @kbd{V M} but for equations and inequalities instead of vectors.
21009 @xref{Storing Variables}, for the @kbd{s m} command which modifies a
21010 variable's stored value using a @kbd{V M}-like operator.
21012 @node Reducing, Nesting and Fixed Points, Mapping, Reducing and Mapping
21013 @subsection Reducing
21015 @noindent
21016 @kindex V R
21017 @pindex calc-reduce
21018 @tindex reduce
21019 The @kbd{V R} (@code{calc-reduce}) [@code{reduce}] command applies a given
21020 binary operator across all the elements of a vector.  A binary operator is
21021 a function such as @code{+} or @code{max} which takes two arguments.  For
21022 example, reducing @code{+} over a vector computes the sum of the elements
21023 of the vector.  Reducing @code{-} computes the first element minus each of
21024 the remaining elements.  Reducing @code{max} computes the maximum element
21025 and so on.  In general, reducing @code{f} over the vector @samp{[a, b, c, d]}
21026 produces @samp{f(f(f(a, b), c), d)}.
21028 @kindex I V R
21029 @tindex rreduce
21030 The @kbd{I V R} [@code{rreduce}] command is similar to @kbd{V R} except
21031 that works from right to left through the vector.  For example, plain
21032 @kbd{V R -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces @samp{a - b - c - d}
21033 but @kbd{I V R -} on the same vector produces @samp{a - (b - (c - d))},
21034 or @samp{a - b + c - d}.  This ``alternating sum'' occurs frequently
21035 in power series expansions.
21037 @kindex V U
21038 @tindex accum
21039 The @kbd{V U} (@code{calc-accumulate}) [@code{accum}] command does an
21040 accumulation operation.  Here Calc does the corresponding reduction
21041 operation, but instead of producing only the final result, it produces
21042 a vector of all the intermediate results.  Accumulating @code{+} over
21043 the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the vector
21044 @samp{[a, a + b, a + b + c, a + b + c + d]}.
21046 @kindex I V U
21047 @tindex raccum
21048 The @kbd{I V U} [@code{raccum}] command does a right-to-left accumulation.
21049 For example, @kbd{I V U -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the
21050 vector @samp{[a - b + c - d, b - c + d, c - d, d]}.
21052 @tindex reducea
21053 @tindex rreducea
21054 @tindex reduced
21055 @tindex rreduced
21056 As for @kbd{V M}, @kbd{V R} normally reduces a matrix elementwise.  For
21057 example, given the matrix @expr{[[a, b, c], [d, e, f]]}, @kbd{V R +} will
21058 compute @expr{a + b + c + d + e + f}.  You can type @kbd{V R _} or
21059 @kbd{V R :} to modify this behavior.  The @kbd{V R _} [@code{reducea}]
21060 command reduces ``across'' the matrix; it reduces each row of the matrix
21061 as a vector, then collects the results.  Thus @kbd{V R _ +} of this
21062 matrix would produce @expr{[a + b + c, d + e + f]}.  Similarly, @kbd{V R :}
21063 [@code{reduced}] reduces down; @kbd{V R : +} would produce @expr{[a + d,
21064 b + e, c + f]}.
21066 @tindex reducer
21067 @tindex rreducer
21068 There is a third ``by rows'' mode for reduction that is occasionally
21069 useful; @kbd{V R =} [@code{reducer}] simply reduces the operator over
21070 the rows of the matrix themselves.  Thus @kbd{V R = +} on the above
21071 matrix would get the same result as @kbd{V R : +}, since adding two
21072 row vectors is equivalent to adding their elements.  But @kbd{V R = *}
21073 would multiply the two rows (to get a single number, their dot product),
21074 while @kbd{V R : *} would produce a vector of the products of the columns.
21076 These three matrix reduction modes work with @kbd{V R} and @kbd{I V R},
21077 but they are not currently supported with @kbd{V U} or @kbd{I V U}.
21079 @tindex reducec
21080 @tindex rreducec
21081 The obsolete reduce-by-columns function, @code{reducec}, is still
21082 supported but there is no way to get it through the @kbd{V R} command.
21084 The commands @kbd{M-# :} and @kbd{M-# _} are equivalent to typing
21085 @kbd{M-# r} to grab a rectangle of data into Calc, and then typing
21086 @kbd{V R : +} or @kbd{V R _ +}, respectively, to sum the columns or
21087 rows of the matrix.  @xref{Grabbing From Buffers}.
21089 @node Nesting and Fixed Points, Generalized Products, Reducing, Reducing and Mapping
21090 @subsection Nesting and Fixed Points
21092 @noindent
21093 @kindex H V R
21094 @tindex nest
21095 The @kbd{H V R} [@code{nest}] command applies a function to a given
21096 argument repeatedly.  It takes two values, @samp{a} and @samp{n}, from
21097 the stack, where @samp{n} must be an integer.  It then applies the
21098 function nested @samp{n} times; if the function is @samp{f} and @samp{n}
21099 is 3, the result is @samp{f(f(f(a)))}.  The number @samp{n} may be
21100 negative if Calc knows an inverse for the function @samp{f}; for
21101 example, @samp{nest(sin, a, -2)} returns @samp{arcsin(arcsin(a))}.
21103 @kindex H V U
21104 @tindex anest
21105 The @kbd{H V U} [@code{anest}] command is an accumulating version of
21106 @code{nest}:  It returns a vector of @samp{n+1} values, e.g.,
21107 @samp{[a, f(a), f(f(a)), f(f(f(a)))]}.  If @samp{n} is negative and
21108 @samp{F} is the inverse of @samp{f}, then the result is of the
21109 form @samp{[a, F(a), F(F(a)), F(F(F(a)))]}.
21111 @kindex H I V R
21112 @tindex fixp
21113 @cindex Fixed points
21114 The @kbd{H I V R} [@code{fixp}] command is like @kbd{H V R}, except
21115 that it takes only an @samp{a} value from the stack; the function is
21116 applied until it reaches a ``fixed point,'' i.e., until the result
21117 no longer changes.
21119 @kindex H I V U
21120 @tindex afixp
21121 The @kbd{H I V U} [@code{afixp}] command is an accumulating @code{fixp}.
21122 The first element of the return vector will be the initial value @samp{a};
21123 the last element will be the final result that would have been returned
21124 by @code{fixp}.
21126 For example, 0.739085 is a fixed point of the cosine function (in radians):
21127 @samp{cos(0.739085) = 0.739085}.  You can find this value by putting, say,
21128 1.0 on the stack and typing @kbd{H I V U C}.  (We use the accumulating
21129 version so we can see the intermediate results:  @samp{[1, 0.540302, 0.857553,
21130 0.65329, ...]}.  With a precision of six, this command will take 36 steps
21131 to converge to 0.739085.)
21133 Newton's method for finding roots is a classic example of iteration
21134 to a fixed point.  To find the square root of five starting with an
21135 initial guess, Newton's method would look for a fixed point of the
21136 function @samp{(x + 5/x) / 2}.  Putting a guess of 1 on the stack
21137 and typing @kbd{H I V R ' ($ + 5/$)/2 @key{RET}} quickly yields the result
21138 2.23607.  This is equivalent to using the @kbd{a R} (@code{calc-find-root})
21139 command to find a root of the equation @samp{x^2 = 5}.
21141 These examples used numbers for @samp{a} values.  Calc keeps applying
21142 the function until two successive results are equal to within the
21143 current precision.  For complex numbers, both the real parts and the
21144 imaginary parts must be equal to within the current precision.  If
21145 @samp{a} is a formula (say, a variable name), then the function is
21146 applied until two successive results are exactly the same formula.
21147 It is up to you to ensure that the function will eventually converge;
21148 if it doesn't, you may have to press @kbd{C-g} to stop the Calculator.
21150 The algebraic @code{fixp} function takes two optional arguments, @samp{n}
21151 and @samp{tol}.  The first is the maximum number of steps to be allowed,
21152 and must be either an integer or the symbol @samp{inf} (infinity, the
21153 default).  The second is a convergence tolerance.  If a tolerance is
21154 specified, all results during the calculation must be numbers, not
21155 formulas, and the iteration stops when the magnitude of the difference
21156 between two successive results is less than or equal to the tolerance.
21157 (This implies that a tolerance of zero iterates until the results are
21158 exactly equal.)
21160 Putting it all together, @samp{fixp(<(# + A/#)/2>, B, 20, 1e-10)}
21161 computes the square root of @samp{A} given the initial guess @samp{B},
21162 stopping when the result is correct within the specified tolerance, or
21163 when 20 steps have been taken, whichever is sooner.
21165 @node Generalized Products, , Nesting and Fixed Points, Reducing and Mapping
21166 @subsection Generalized Products
21168 @kindex V O
21169 @pindex calc-outer-product
21170 @tindex outer
21171 The @kbd{V O} (@code{calc-outer-product}) [@code{outer}] command applies
21172 a given binary operator to all possible pairs of elements from two
21173 vectors, to produce a matrix.  For example, @kbd{V O *} with @samp{[a, b]}
21174 and @samp{[x, y, z]} on the stack produces a multiplication table:
21175 @samp{[[a x, a y, a z], [b x, b y, b z]]}.  Element @var{r},@var{c} of
21176 the result matrix is obtained by applying the operator to element @var{r}
21177 of the lefthand vector and element @var{c} of the righthand vector.
21179 @kindex V I
21180 @pindex calc-inner-product
21181 @tindex inner
21182 The @kbd{V I} (@code{calc-inner-product}) [@code{inner}] command computes
21183 the generalized inner product of two vectors or matrices, given a
21184 ``multiplicative'' operator and an ``additive'' operator.  These can each
21185 actually be any binary operators; if they are @samp{*} and @samp{+},
21186 respectively, the result is a standard matrix multiplication.  Element
21187 @var{r},@var{c} of the result matrix is obtained by mapping the
21188 multiplicative operator across row @var{r} of the lefthand matrix and
21189 column @var{c} of the righthand matrix, and then reducing with the additive
21190 operator.  Just as for the standard @kbd{*} command, this can also do a
21191 vector-matrix or matrix-vector inner product, or a vector-vector
21192 generalized dot product.
21194 Since @kbd{V I} requires two operators, it prompts twice.  In each case,
21195 you can use any of the usual methods for entering the operator.  If you
21196 use @kbd{$} twice to take both operator formulas from the stack, the
21197 first (multiplicative) operator is taken from the top of the stack
21198 and the second (additive) operator is taken from second-to-top.
21200 @node Vector and Matrix Formats, , Reducing and Mapping, Matrix Functions
21201 @section Vector and Matrix Display Formats
21203 @noindent
21204 Commands for controlling vector and matrix display use the @kbd{v} prefix
21205 instead of the usual @kbd{d} prefix.  But they are display modes; in
21206 particular, they are influenced by the @kbd{I} and @kbd{H} prefix keys
21207 in the same way (@pxref{Display Modes}).  Matrix display is also
21208 influenced by the @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) mode;
21209 @pxref{Normal Language Modes}.
21211 @kindex V <
21212 @pindex calc-matrix-left-justify
21213 @kindex V =
21214 @pindex calc-matrix-center-justify
21215 @kindex V >
21216 @pindex calc-matrix-right-justify
21217 The commands @kbd{v <} (@code{calc-matrix-left-justify}), @kbd{v >}
21218 (@code{calc-matrix-right-justify}), and @w{@kbd{v =}}
21219 (@code{calc-matrix-center-justify}) control whether matrix elements
21220 are justified to the left, right, or center of their columns.
21222 @kindex V [
21223 @pindex calc-vector-brackets
21224 @kindex V @{
21225 @pindex calc-vector-braces
21226 @kindex V (
21227 @pindex calc-vector-parens
21228 The @kbd{v [} (@code{calc-vector-brackets}) command turns the square
21229 brackets that surround vectors and matrices displayed in the stack on
21230 and off.  The @kbd{v @{} (@code{calc-vector-braces}) and @kbd{v (}
21231 (@code{calc-vector-parens}) commands use curly braces or parentheses,
21232 respectively, instead of square brackets.  For example, @kbd{v @{} might
21233 be used in preparation for yanking a matrix into a buffer running
21234 Mathematica.  (In fact, the Mathematica language mode uses this mode;
21235 @pxref{Mathematica Language Mode}.)  Note that, regardless of the
21236 display mode, either brackets or braces may be used to enter vectors,
21237 and parentheses may never be used for this purpose.
21239 @kindex V ]
21240 @pindex calc-matrix-brackets
21241 The @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) command controls the
21242 ``big'' style display of matrices.  It prompts for a string of code
21243 letters; currently implemented letters are @code{R}, which enables
21244 brackets on each row of the matrix; @code{O}, which enables outer
21245 brackets in opposite corners of the matrix; and @code{C}, which
21246 enables commas or semicolons at the ends of all rows but the last.
21247 The default format is @samp{RO}.  (Before Calc 2.00, the format
21248 was fixed at @samp{ROC}.)  Here are some example matrices:
21250 @example
21251 @group
21252 [ [ 123,  0,   0  ]       [ [ 123,  0,   0  ],
21253   [  0,  123,  0  ]         [  0,  123,  0  ],
21254   [  0,   0,  123 ] ]       [  0,   0,  123 ] ]
21256          RO                        ROC
21258 @end group
21259 @end example
21260 @noindent
21261 @example
21262 @group
21263   [ 123,  0,   0            [ 123,  0,   0 ;
21264      0,  123,  0               0,  123,  0 ;
21265      0,   0,  123 ]            0,   0,  123 ]
21267           O                        OC
21269 @end group
21270 @end example
21271 @noindent
21272 @example
21273 @group
21274   [ 123,  0,   0  ]           123,  0,   0
21275   [  0,  123,  0  ]            0,  123,  0
21276   [  0,   0,  123 ]            0,   0,  123
21278           R                       @r{blank}
21279 @end group
21280 @end example
21282 @noindent
21283 Note that of the formats shown here, @samp{RO}, @samp{ROC}, and
21284 @samp{OC} are all recognized as matrices during reading, while
21285 the others are useful for display only.
21287 @kindex V ,
21288 @pindex calc-vector-commas
21289 The @kbd{v ,} (@code{calc-vector-commas}) command turns commas on and
21290 off in vector and matrix display.
21292 In vectors of length one, and in all vectors when commas have been
21293 turned off, Calc adds extra parentheses around formulas that might
21294 otherwise be ambiguous.  For example, @samp{[a b]} could be a vector
21295 of the one formula @samp{a b}, or it could be a vector of two
21296 variables with commas turned off.  Calc will display the former
21297 case as @samp{[(a b)]}.  You can disable these extra parentheses
21298 (to make the output less cluttered at the expense of allowing some
21299 ambiguity) by adding the letter @code{P} to the control string you
21300 give to @kbd{v ]} (as described above).
21302 @kindex V .
21303 @pindex calc-full-vectors
21304 The @kbd{v .} (@code{calc-full-vectors}) command turns abbreviated
21305 display of long vectors on and off.  In this mode, vectors of six
21306 or more elements, or matrices of six or more rows or columns, will
21307 be displayed in an abbreviated form that displays only the first
21308 three elements and the last element:  @samp{[a, b, c, ..., z]}.
21309 When very large vectors are involved this will substantially
21310 improve Calc's display speed.
21312 @kindex t .
21313 @pindex calc-full-trail-vectors
21314 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command controls a
21315 similar mode for recording vectors in the Trail.  If you turn on
21316 this mode, vectors of six or more elements and matrices of six or
21317 more rows or columns will be abbreviated when they are put in the
21318 Trail.  The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command will be
21319 unable to recover those vectors.  If you are working with very
21320 large vectors, this mode will improve the speed of all operations
21321 that involve the trail.
21323 @kindex V /
21324 @pindex calc-break-vectors
21325 The @kbd{v /} (@code{calc-break-vectors}) command turns multi-line
21326 vector display on and off.  Normally, matrices are displayed with one
21327 row per line but all other types of vectors are displayed in a single
21328 line.  This mode causes all vectors, whether matrices or not, to be
21329 displayed with a single element per line.  Sub-vectors within the
21330 vectors will still use the normal linear form.
21332 @node Algebra, Units, Matrix Functions, Top
21333 @chapter Algebra
21335 @noindent
21336 This section covers the Calc features that help you work with
21337 algebraic formulas.  First, the general sub-formula selection
21338 mechanism is described; this works in conjunction with any Calc
21339 commands.  Then, commands for specific algebraic operations are
21340 described.  Finally, the flexible @dfn{rewrite rule} mechanism
21341 is discussed.
21343 The algebraic commands use the @kbd{a} key prefix; selection
21344 commands use the @kbd{j} (for ``just a letter that wasn't used
21345 for anything else'') prefix.
21347 @xref{Editing Stack Entries}, to see how to manipulate formulas
21348 using regular Emacs editing commands.
21350 When doing algebraic work, you may find several of the Calculator's
21351 modes to be helpful, including Algebraic Simplification mode (@kbd{m A})
21352 or No-Simplification mode (@kbd{m O}),
21353 Algebraic entry mode (@kbd{m a}), Fraction mode (@kbd{m f}), and
21354 Symbolic mode (@kbd{m s}).  @xref{Mode Settings}, for discussions
21355 of these modes.  You may also wish to select Big display mode (@kbd{d B}).
21356 @xref{Normal Language Modes}.
21358 @menu
21359 * Selecting Subformulas::
21360 * Algebraic Manipulation::
21361 * Simplifying Formulas::
21362 * Polynomials::
21363 * Calculus::
21364 * Solving Equations::
21365 * Numerical Solutions::
21366 * Curve Fitting::
21367 * Summations::
21368 * Logical Operations::
21369 * Rewrite Rules::
21370 @end menu
21372 @node Selecting Subformulas, Algebraic Manipulation, Algebra, Algebra
21373 @section Selecting Sub-Formulas
21375 @noindent
21376 @cindex Selections
21377 @cindex Sub-formulas
21378 @cindex Parts of formulas
21379 When working with an algebraic formula it is often necessary to
21380 manipulate a portion of the formula rather than the formula as a
21381 whole.  Calc allows you to ``select'' a portion of any formula on
21382 the stack.  Commands which would normally operate on that stack
21383 entry will now operate only on the sub-formula, leaving the
21384 surrounding part of the stack entry alone.
21386 One common non-algebraic use for selection involves vectors.  To work
21387 on one element of a vector in-place, simply select that element as a
21388 ``sub-formula'' of the vector.
21390 @menu
21391 * Making Selections::
21392 * Changing Selections::
21393 * Displaying Selections::
21394 * Operating on Selections::
21395 * Rearranging with Selections::
21396 @end menu
21398 @node Making Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas, Selecting Subformulas
21399 @subsection Making Selections
21401 @noindent
21402 @kindex j s
21403 @pindex calc-select-here
21404 To select a sub-formula, move the Emacs cursor to any character in that
21405 sub-formula, and press @w{@kbd{j s}} (@code{calc-select-here}).  Calc will
21406 highlight the smallest portion of the formula that contains that
21407 character.  By default the sub-formula is highlighted by blanking out
21408 all of the rest of the formula with dots.  Selection works in any
21409 display mode but is perhaps easiest in Big mode (@kbd{d B}).
21410 Suppose you enter the following formula:
21412 @smallexample
21413 @group
21414            3    ___
21415     (a + b)  + V c
21416 1:  ---------------
21417         2 x + 1
21418 @end group
21419 @end smallexample
21421 @noindent
21422 (by typing @kbd{' ((a+b)^3 + sqrt(c)) / (2x+1)}).  If you move the
21423 cursor to the letter @samp{b} and press @w{@kbd{j s}}, the display changes
21426 @smallexample
21427 @group
21428            .    ...
21429     .. . b.  . . .
21430 1*  ...............
21431         . . . .
21432 @end group
21433 @end smallexample
21435 @noindent
21436 Every character not part of the sub-formula @samp{b} has been changed
21437 to a dot.  The @samp{*} next to the line number is to remind you that
21438 the formula has a portion of it selected.  (In this case, it's very
21439 obvious, but it might not always be.  If Embedded mode is enabled,
21440 the word @samp{Sel} also appears in the mode line because the stack
21441 may not be visible.  @pxref{Embedded Mode}.)
21443 If you had instead placed the cursor on the parenthesis immediately to
21444 the right of the @samp{b}, the selection would have been:
21446 @smallexample
21447 @group
21448            .    ...
21449     (a + b)  . . .
21450 1*  ...............
21451         . . . .
21452 @end group
21453 @end smallexample
21455 @noindent
21456 The portion selected is always large enough to be considered a complete
21457 formula all by itself, so selecting the parenthesis selects the whole
21458 formula that it encloses.  Putting the cursor on the @samp{+} sign
21459 would have had the same effect.
21461 (Strictly speaking, the Emacs cursor is really the manifestation of
21462 the Emacs ``point,'' which is a position @emph{between} two characters
21463 in the buffer.  So purists would say that Calc selects the smallest
21464 sub-formula which contains the character to the right of ``point.'')
21466 If you supply a numeric prefix argument @var{n}, the selection is
21467 expanded to the @var{n}th enclosing sub-formula.  Thus, positioning
21468 the cursor on the @samp{b} and typing @kbd{C-u 1 j s} will select
21469 @samp{a + b}; typing @kbd{C-u 2 j s} will select @samp{(a + b)^3},
21470 and so on.
21472 If the cursor is not on any part of the formula, or if you give a
21473 numeric prefix that is too large, the entire formula is selected.
21475 If the cursor is on the @samp{.} line that marks the top of the stack
21476 (i.e., its normal ``rest position''), this command selects the entire
21477 formula at stack level 1.  Most selection commands similarly operate
21478 on the formula at the top of the stack if you haven't positioned the
21479 cursor on any stack entry.
21481 @kindex j a
21482 @pindex calc-select-additional
21483 The @kbd{j a} (@code{calc-select-additional}) command enlarges the
21484 current selection to encompass the cursor.  To select the smallest
21485 sub-formula defined by two different points, move to the first and
21486 press @kbd{j s}, then move to the other and press @kbd{j a}.  This
21487 is roughly analogous to using @kbd{C-@@} (@code{set-mark-command}) to
21488 select the two ends of a region of text during normal Emacs editing.
21490 @kindex j o
21491 @pindex calc-select-once
21492 The @kbd{j o} (@code{calc-select-once}) command selects a formula in
21493 exactly the same way as @kbd{j s}, except that the selection will
21494 last only as long as the next command that uses it.  For example,
21495 @kbd{j o 1 +} is a handy way to add one to the sub-formula indicated
21496 by the cursor.
21498 (A somewhat more precise definition: The @kbd{j o} command sets a flag
21499 such that the next command involving selected stack entries will clear
21500 the selections on those stack entries afterwards.  All other selection
21501 commands except @kbd{j a} and @kbd{j O} clear this flag.)
21503 @kindex j S
21504 @kindex j O
21505 @pindex calc-select-here-maybe
21506 @pindex calc-select-once-maybe
21507 The @kbd{j S} (@code{calc-select-here-maybe}) and @kbd{j O}
21508 (@code{calc-select-once-maybe}) commands are equivalent to @kbd{j s}
21509 and @kbd{j o}, respectively, except that if the formula already
21510 has a selection they have no effect.  This is analogous to the
21511 behavior of some commands such as @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection};
21512 @pxref{Selections with Rewrite Rules}) and is mainly intended to be
21513 used in keyboard macros that implement your own selection-oriented
21514 commands.
21516 Selection of sub-formulas normally treats associative terms like
21517 @samp{a + b - c + d} and @samp{x * y * z} as single levels of the formula.
21518 If you place the cursor anywhere inside @samp{a + b - c + d} except
21519 on one of the variable names and use @kbd{j s}, you will select the
21520 entire four-term sum.
21522 @kindex j b
21523 @pindex calc-break-selections
21524 The @kbd{j b} (@code{calc-break-selections}) command controls a mode
21525 in which the ``deep structure'' of these associative formulas shows
21526 through.  Calc actually stores the above formulas as @samp{((a + b) - c) + d}
21527 and @samp{x * (y * z)}.  (Note that for certain obscure reasons, Calc
21528 treats multiplication as right-associative.)  Once you have enabled
21529 @kbd{j b} mode, selecting with the cursor on the @samp{-} sign would
21530 only select the @samp{a + b - c} portion, which makes sense when the
21531 deep structure of the sum is considered.  There is no way to select
21532 the @samp{b - c + d} portion; although this might initially look
21533 like just as legitimate a sub-formula as @samp{a + b - c}, the deep
21534 structure shows that it isn't.  The @kbd{d U} command can be used
21535 to view the deep structure of any formula (@pxref{Normal Language Modes}).
21537 When @kbd{j b} mode has not been enabled, the deep structure is
21538 generally hidden by the selection commands---what you see is what
21539 you get.
21541 @kindex j u
21542 @pindex calc-unselect
21543 The @kbd{j u} (@code{calc-unselect}) command unselects the formula
21544 that the cursor is on.  If there was no selection in the formula,
21545 this command has no effect.  With a numeric prefix argument, it
21546 unselects the @var{n}th stack element rather than using the cursor
21547 position.
21549 @kindex j c
21550 @pindex calc-clear-selections
21551 The @kbd{j c} (@code{calc-clear-selections}) command unselects all
21552 stack elements.
21554 @node Changing Selections, Displaying Selections, Making Selections, Selecting Subformulas
21555 @subsection Changing Selections
21557 @noindent
21558 @kindex j m
21559 @pindex calc-select-more
21560 Once you have selected a sub-formula, you can expand it using the
21561 @w{@kbd{j m}} (@code{calc-select-more}) command.  If @samp{a + b} is
21562 selected, pressing @w{@kbd{j m}} repeatedly works as follows:
21564 @smallexample
21565 @group
21566            3    ...                3    ___                3    ___
21567     (a + b)  . . .          (a + b)  + V c          (a + b)  + V c
21568 1*  ...............     1*  ...............     1*  ---------------
21569         . . . .                 . . . .                 2 x + 1
21570 @end group
21571 @end smallexample
21573 @noindent
21574 In the last example, the entire formula is selected.  This is roughly
21575 the same as having no selection at all, but because there are subtle
21576 differences the @samp{*} character is still there on the line number.
21578 With a numeric prefix argument @var{n}, @kbd{j m} expands @var{n}
21579 times (or until the entire formula is selected).  Note that @kbd{j s}
21580 with argument @var{n} is equivalent to plain @kbd{j s} followed by
21581 @kbd{j m} with argument @var{n}.  If @w{@kbd{j m}} is used when there
21582 is no current selection, it is equivalent to @w{@kbd{j s}}.
21584 Even though @kbd{j m} does not explicitly use the location of the
21585 cursor within the formula, it nevertheless uses the cursor to determine
21586 which stack element to operate on.  As usual, @kbd{j m} when the cursor
21587 is not on any stack element operates on the top stack element.
21589 @kindex j l
21590 @pindex calc-select-less
21591 The @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) command reduces the current
21592 selection around the cursor position.  That is, it selects the
21593 immediate sub-formula of the current selection which contains the
21594 cursor, the opposite of @kbd{j m}.  If the cursor is not inside the
21595 current selection, the command de-selects the formula.
21597 @kindex j 1-9
21598 @pindex calc-select-part
21599 The @kbd{j 1} through @kbd{j 9} (@code{calc-select-part}) commands
21600 select the @var{n}th sub-formula of the current selection.  They are
21601 like @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) except they use counting
21602 rather than the cursor position to decide which sub-formula to select.
21603 For example, if the current selection is @kbd{a + b + c} or
21604 @kbd{f(a, b, c)} or @kbd{[a, b, c]}, then @kbd{j 1} selects @samp{a},
21605 @kbd{j 2} selects @samp{b}, and @kbd{j 3} selects @samp{c}; in each of
21606 these cases, @kbd{j 4} through @kbd{j 9} would be errors.
21608 If there is no current selection, @kbd{j 1} through @kbd{j 9} select
21609 the @var{n}th top-level sub-formula.  (In other words, they act as if
21610 the entire stack entry were selected first.)  To select the @var{n}th
21611 sub-formula where @var{n} is greater than nine, you must instead invoke
21612 @w{@kbd{j 1}} with @var{n} as a numeric prefix argument.
21614 @kindex j n
21615 @kindex j p
21616 @pindex calc-select-next
21617 @pindex calc-select-previous
21618 The @kbd{j n} (@code{calc-select-next}) and @kbd{j p}
21619 (@code{calc-select-previous}) commands change the current selection
21620 to the next or previous sub-formula at the same level.  For example,
21621 if @samp{b} is selected in @w{@samp{2 + a*b*c + x}}, then @kbd{j n}
21622 selects @samp{c}.  Further @kbd{j n} commands would be in error because,
21623 even though there is something to the right of @samp{c} (namely, @samp{x}),
21624 it is not at the same level; in this case, it is not a term of the
21625 same product as @samp{b} and @samp{c}.  However, @kbd{j m} (to select
21626 the whole product @samp{a*b*c} as a term of the sum) followed by
21627 @w{@kbd{j n}} would successfully select the @samp{x}.
21629 Similarly, @kbd{j p} moves the selection from the @samp{b} in this
21630 sample formula to the @samp{a}.  Both commands accept numeric prefix
21631 arguments to move several steps at a time.
21633 It is interesting to compare Calc's selection commands with the
21634 Emacs Info system's commands for navigating through hierarchically
21635 organized documentation.  Calc's @kbd{j n} command is completely
21636 analogous to Info's @kbd{n} command.  Likewise, @kbd{j p} maps to
21637 @kbd{p}, @kbd{j 2} maps to @kbd{2}, and Info's @kbd{u} is like @kbd{j m}.
21638 (Note that @kbd{j u} stands for @code{calc-unselect}, not ``up''.)
21639 The Info @kbd{m} command is somewhat similar to Calc's @kbd{j s} and
21640 @kbd{j l}; in each case, you can jump directly to a sub-component
21641 of the hierarchy simply by pointing to it with the cursor.
21643 @node Displaying Selections, Operating on Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas
21644 @subsection Displaying Selections
21646 @noindent
21647 @kindex j d
21648 @pindex calc-show-selections
21649 The @kbd{j d} (@code{calc-show-selections}) command controls how
21650 selected sub-formulas are displayed.  One of the alternatives is
21651 illustrated in the above examples; if we press @kbd{j d} we switch
21652 to the other style in which the selected portion itself is obscured
21653 by @samp{#} signs:
21655 @smallexample
21656 @group
21657            3    ...                  #    ___
21658     (a + b)  . . .            ## # ##  + V c
21659 1*  ...............       1*  ---------------
21660         . . . .                   2 x + 1
21661 @end group
21662 @end smallexample
21664 @node Operating on Selections, Rearranging with Selections, Displaying Selections, Selecting Subformulas
21665 @subsection Operating on Selections
21667 @noindent
21668 Once a selection is made, all Calc commands that manipulate items
21669 on the stack will operate on the selected portions of the items
21670 instead.  (Note that several stack elements may have selections
21671 at once, though there can be only one selection at a time in any
21672 given stack element.)
21674 @kindex j e
21675 @pindex calc-enable-selections
21676 The @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command disables the
21677 effect that selections have on Calc commands.  The current selections
21678 still exist, but Calc commands operate on whole stack elements anyway.
21679 This mode can be identified by the fact that the @samp{*} markers on
21680 the line numbers are gone, even though selections are visible.  To
21681 reactivate the selections, press @kbd{j e} again.
21683 To extract a sub-formula as a new formula, simply select the
21684 sub-formula and press @key{RET}.  This normally duplicates the top
21685 stack element; here it duplicates only the selected portion of that
21686 element.
21688 To replace a sub-formula with something different, you can enter the
21689 new value onto the stack and press @key{TAB}.  This normally exchanges
21690 the top two stack elements; here it swaps the value you entered into
21691 the selected portion of the formula, returning the old selected
21692 portion to the top of the stack.
21694 @smallexample
21695 @group
21696            3    ...                    ...                    ___
21697     (a + b)  . . .           17 x y . . .           17 x y + V c
21698 2*  ...............      2*  .............      2:  -------------
21699         . . . .                 . . . .                2 x + 1
21701                                     3                      3
21702 1:  17 x y               1:  (a + b)            1:  (a + b)
21703 @end group
21704 @end smallexample
21706 In this example we select a sub-formula of our original example,
21707 enter a new formula, @key{TAB} it into place, then deselect to see
21708 the complete, edited formula.
21710 If you want to swap whole formulas around even though they contain
21711 selections, just use @kbd{j e} before and after.
21713 @kindex j '
21714 @pindex calc-enter-selection
21715 The @kbd{j '} (@code{calc-enter-selection}) command is another way
21716 to replace a selected sub-formula.  This command does an algebraic
21717 entry just like the regular @kbd{'} key.  When you press @key{RET},
21718 the formula you type replaces the original selection.  You can use
21719 the @samp{$} symbol in the formula to refer to the original
21720 selection.  If there is no selection in the formula under the cursor,
21721 the cursor is used to make a temporary selection for the purposes of
21722 the command.  Thus, to change a term of a formula, all you have to
21723 do is move the Emacs cursor to that term and press @kbd{j '}.
21725 @kindex j `
21726 @pindex calc-edit-selection
21727 The @kbd{j `} (@code{calc-edit-selection}) command is a similar
21728 analogue of the @kbd{`} (@code{calc-edit}) command.  It edits the
21729 selected sub-formula in a separate buffer.  If there is no
21730 selection, it edits the sub-formula indicated by the cursor.
21732 To delete a sub-formula, press @key{DEL}.  This generally replaces
21733 the sub-formula with the constant zero, but in a few suitable contexts
21734 it uses the constant one instead.  The @key{DEL} key automatically
21735 deselects and re-simplifies the entire formula afterwards.  Thus:
21737 @smallexample
21738 @group
21739               ###
21740     17 x y + # #          17 x y         17 # y          17 y
21741 1*  -------------     1:  -------    1*  -------    1:  -------
21742        2 x + 1            2 x + 1        2 x + 1        2 x + 1
21743 @end group
21744 @end smallexample
21746 In this example, we first delete the @samp{sqrt(c)} term; Calc
21747 accomplishes this by replacing @samp{sqrt(c)} with zero and
21748 resimplifying.  We then delete the @kbd{x} in the numerator;
21749 since this is part of a product, Calc replaces it with @samp{1}
21750 and resimplifies.
21752 If you select an element of a vector and press @key{DEL}, that
21753 element is deleted from the vector.  If you delete one side of
21754 an equation or inequality, only the opposite side remains.
21756 @kindex j @key{DEL}
21757 @pindex calc-del-selection
21758 The @kbd{j @key{DEL}} (@code{calc-del-selection}) command is like
21759 @key{DEL} but with the auto-selecting behavior of @kbd{j '} and
21760 @kbd{j `}.  It deletes the selected portion of the formula
21761 indicated by the cursor, or, in the absence of a selection, it
21762 deletes the sub-formula indicated by the cursor position.
21764 @kindex j @key{RET}
21765 @pindex calc-grab-selection
21766 (There is also an auto-selecting @kbd{j @key{RET}} (@code{calc-copy-selection})
21767 command.)
21769 Normal arithmetic operations also apply to sub-formulas.  Here we
21770 select the denominator, press @kbd{5 -} to subtract five from the
21771 denominator, press @kbd{n} to negate the denominator, then
21772 press @kbd{Q} to take the square root.
21774 @smallexample
21775 @group
21776      .. .           .. .           .. .             .. .
21777 1*  .......    1*  .......    1*  .......    1*  ..........
21778     2 x + 1        2 x - 4        4 - 2 x         _________
21779                                                  V 4 - 2 x
21780 @end group
21781 @end smallexample
21783 Certain types of operations on selections are not allowed.  For
21784 example, for an arithmetic function like @kbd{-} no more than one of
21785 the arguments may be a selected sub-formula.  (As the above example
21786 shows, the result of the subtraction is spliced back into the argument
21787 which had the selection; if there were more than one selection involved,
21788 this would not be well-defined.)  If you try to subtract two selections,
21789 the command will abort with an error message.
21791 Operations on sub-formulas sometimes leave the formula as a whole
21792 in an ``un-natural'' state.  Consider negating the @samp{2 x} term
21793 of our sample formula by selecting it and pressing @kbd{n}
21794 (@code{calc-change-sign}).
21796 @smallexample
21797 @group
21798        .. .                .. .
21799 1*  ..........      1*  ...........
21800      .........           ..........
21801     . . . 2 x           . . . -2 x
21802 @end group
21803 @end smallexample
21805 Unselecting the sub-formula reveals that the minus sign, which would
21806 normally have cancelled out with the subtraction automatically, has
21807 not been able to do so because the subtraction was not part of the
21808 selected portion.  Pressing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) or doing
21809 any other mathematical operation on the whole formula will cause it
21810 to be simplified.
21812 @smallexample
21813 @group
21814        17 y                17 y
21815 1:  -----------     1:  ----------
21816      __________          _________
21817     V 4 - -2 x          V 4 + 2 x
21818 @end group
21819 @end smallexample
21821 @node Rearranging with Selections, , Operating on Selections, Selecting Subformulas
21822 @subsection Rearranging Formulas using Selections
21824 @noindent
21825 @kindex j R
21826 @pindex calc-commute-right
21827 The @kbd{j R} (@code{calc-commute-right}) command moves the selected
21828 sub-formula to the right in its surrounding formula.  Generally the
21829 selection is one term of a sum or product; the sum or product is
21830 rearranged according to the commutative laws of algebra.
21832 As with @kbd{j '} and @kbd{j @key{DEL}}, the term under the cursor is used
21833 if there is no selection in the current formula.  All commands described
21834 in this section share this property.  In this example, we place the
21835 cursor on the @samp{a} and type @kbd{j R}, then repeat.
21837 @smallexample
21838 1:  a + b - c          1:  b + a - c          1:  b - c + a
21839 @end smallexample
21841 @noindent
21842 Note that in the final step above, the @samp{a} is switched with
21843 the @samp{c} but the signs are adjusted accordingly.  When moving
21844 terms of sums and products, @kbd{j R} will never change the
21845 mathematical meaning of the formula.
21847 The selected term may also be an element of a vector or an argument
21848 of a function.  The term is exchanged with the one to its right.
21849 In this case, the ``meaning'' of the vector or function may of
21850 course be drastically changed.
21852 @smallexample
21853 1:  [a, b, c]          1:  [b, a, c]          1:  [b, c, a]
21855 1:  f(a, b, c)         1:  f(b, a, c)         1:  f(b, c, a)
21856 @end smallexample
21858 @kindex j L
21859 @pindex calc-commute-left
21860 The @kbd{j L} (@code{calc-commute-left}) command is like @kbd{j R}
21861 except that it swaps the selected term with the one to its left.
21863 With numeric prefix arguments, these commands move the selected
21864 term several steps at a time.  It is an error to try to move a
21865 term left or right past the end of its enclosing formula.
21866 With numeric prefix arguments of zero, these commands move the
21867 selected term as far as possible in the given direction.
21869 @kindex j D
21870 @pindex calc-sel-distribute
21871 The @kbd{j D} (@code{calc-sel-distribute}) command mixes the selected
21872 sum or product into the surrounding formula using the distributive
21873 law.  For example, in @samp{a * (b - c)} with the @samp{b - c}
21874 selected, the result is @samp{a b - a c}.  This also distributes
21875 products or quotients into surrounding powers, and can also do
21876 transformations like @samp{exp(a + b)} to @samp{exp(a) exp(b)},
21877 where @samp{a + b} is the selected term, and @samp{ln(a ^ b)}
21878 to @samp{ln(a) b}, where @samp{a ^ b} is the selected term.
21880 For multiple-term sums or products, @kbd{j D} takes off one term
21881 at a time:  @samp{a * (b + c - d)} goes to @samp{a * (c - d) + a b}
21882 with the @samp{c - d} selected so that you can type @kbd{j D}
21883 repeatedly to expand completely.  The @kbd{j D} command allows a
21884 numeric prefix argument which specifies the maximum number of
21885 times to expand at once; the default is one time only.
21887 @vindex DistribRules
21888 The @kbd{j D} command is implemented using rewrite rules.
21889 @xref{Selections with Rewrite Rules}.  The rules are stored in
21890 the Calc variable @code{DistribRules}.  A convenient way to view
21891 these rules is to use @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) which
21892 displays and edits the stored value of a variable.  Press @kbd{C-c C-c}
21893 to return from editing mode; be careful not to make any actual changes
21894 or else you will affect the behavior of future @kbd{j D} commands!
21896 To extend @kbd{j D} to handle new cases, just edit @code{DistribRules}
21897 as described above.  You can then use the @kbd{s p} command to save
21898 this variable's value permanently for future Calc sessions.
21899 @xref{Operations on Variables}.
21901 @kindex j M
21902 @pindex calc-sel-merge
21903 @vindex MergeRules
21904 The @kbd{j M} (@code{calc-sel-merge}) command is the complement
21905 of @kbd{j D}; given @samp{a b - a c} with either @samp{a b} or
21906 @samp{a c} selected, the result is @samp{a * (b - c)}.  Once
21907 again, @kbd{j M} can also merge calls to functions like @code{exp}
21908 and @code{ln}; examine the variable @code{MergeRules} to see all
21909 the relevant rules.
21911 @kindex j C
21912 @pindex calc-sel-commute
21913 @vindex CommuteRules
21914 The @kbd{j C} (@code{calc-sel-commute}) command swaps the arguments
21915 of the selected sum, product, or equation.  It always behaves as
21916 if @kbd{j b} mode were in effect, i.e., the sum @samp{a + b + c} is
21917 treated as the nested sums @samp{(a + b) + c} by this command.
21918 If you put the cursor on the first @samp{+}, the result is
21919 @samp{(b + a) + c}; if you put the cursor on the second @samp{+}, the
21920 result is @samp{c + (a + b)} (which the default simplifications
21921 will rearrange to @samp{(c + a) + b}).  The relevant rules are stored
21922 in the variable @code{CommuteRules}.
21924 You may need to turn default simplifications off (with the @kbd{m O}
21925 command) in order to get the full benefit of @kbd{j C}.  For example,
21926 commuting @samp{a - b} produces @samp{-b + a}, but the default
21927 simplifications will ``simplify'' this right back to @samp{a - b} if
21928 you don't turn them off.  The same is true of some of the other
21929 manipulations described in this section.
21931 @kindex j N
21932 @pindex calc-sel-negate
21933 @vindex NegateRules
21934 The @kbd{j N} (@code{calc-sel-negate}) command replaces the selected
21935 term with the negative of that term, then adjusts the surrounding
21936 formula in order to preserve the meaning.  For example, given
21937 @samp{exp(a - b)} where @samp{a - b} is selected, the result is
21938 @samp{1 / exp(b - a)}.  By contrast, selecting a term and using the
21939 regular @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the
21940 term without adjusting the surroundings, thus changing the meaning
21941 of the formula as a whole.  The rules variable is @code{NegateRules}.
21943 @kindex j &
21944 @pindex calc-sel-invert
21945 @vindex InvertRules
21946 The @kbd{j &} (@code{calc-sel-invert}) command is similar to @kbd{j N}
21947 except it takes the reciprocal of the selected term.  For example,
21948 given @samp{a - ln(b)} with @samp{b} selected, the result is
21949 @samp{a + ln(1/b)}.  The rules variable is @code{InvertRules}.
21951 @kindex j E
21952 @pindex calc-sel-jump-equals
21953 @vindex JumpRules
21954 The @kbd{j E} (@code{calc-sel-jump-equals}) command moves the
21955 selected term from one side of an equation to the other.  Given
21956 @samp{a + b = c + d} with @samp{c} selected, the result is
21957 @samp{a + b - c = d}.  This command also works if the selected
21958 term is part of a @samp{*}, @samp{/}, or @samp{^} formula.  The
21959 relevant rules variable is @code{JumpRules}.
21961 @kindex j I
21962 @kindex H j I
21963 @pindex calc-sel-isolate
21964 The @kbd{j I} (@code{calc-sel-isolate}) command isolates the
21965 selected term on its side of an equation.  It uses the @kbd{a S}
21966 (@code{calc-solve-for}) command to solve the equation, and the
21967 Hyperbolic flag affects it in the same way.  @xref{Solving Equations}.
21968 When it applies, @kbd{j I} is often easier to use than @kbd{j E}.
21969 It understands more rules of algebra, and works for inequalities
21970 as well as equations.
21972 @kindex j *
21973 @kindex j /
21974 @pindex calc-sel-mult-both-sides
21975 @pindex calc-sel-div-both-sides
21976 The @kbd{j *} (@code{calc-sel-mult-both-sides}) command prompts for a
21977 formula using algebraic entry, then multiplies both sides of the
21978 selected quotient or equation by that formula.  It simplifies each
21979 side with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) before re-forming the
21980 quotient or equation.  You can suppress this simplification by
21981 providing any numeric prefix argument.  There is also a @kbd{j /}
21982 (@code{calc-sel-div-both-sides}) which is similar to @kbd{j *} but
21983 dividing instead of multiplying by the factor you enter.
21985 As a special feature, if the numerator of the quotient is 1, then
21986 the denominator is expanded at the top level using the distributive
21987 law (i.e., using the @kbd{C-u -1 a x} command).  Suppose the
21988 formula on the stack is @samp{1 / (sqrt(a) + 1)}, and you wish
21989 to eliminate the square root in the denominator by multiplying both
21990 sides by @samp{sqrt(a) - 1}.  Calc's default simplifications would
21991 change the result @samp{(sqrt(a) - 1) / (sqrt(a) - 1) (sqrt(a) + 1)}
21992 right back to the original form by cancellation; Calc expands the
21993 denominator to @samp{sqrt(a) (sqrt(a) - 1) + sqrt(a) - 1} to prevent
21994 this.  (You would now want to use an @kbd{a x} command to expand
21995 the rest of the way, whereupon the denominator would cancel out to
21996 the desired form, @samp{a - 1}.)  When the numerator is not 1, this
21997 initial expansion is not necessary because Calc's default
21998 simplifications will not notice the potential cancellation.
22000 If the selection is an inequality, @kbd{j *} and @kbd{j /} will
22001 accept any factor, but will warn unless they can prove the factor
22002 is either positive or negative.  (In the latter case the direction
22003 of the inequality will be switched appropriately.)  @xref{Declarations},
22004 for ways to inform Calc that a given variable is positive or
22005 negative.  If Calc can't tell for sure what the sign of the factor
22006 will be, it will assume it is positive and display a warning
22007 message.
22009 For selections that are not quotients, equations, or inequalities,
22010 these commands pull out a multiplicative factor:  They divide (or
22011 multiply) by the entered formula, simplify, then multiply (or divide)
22012 back by the formula.
22014 @kindex j +
22015 @kindex j -
22016 @pindex calc-sel-add-both-sides
22017 @pindex calc-sel-sub-both-sides
22018 The @kbd{j +} (@code{calc-sel-add-both-sides}) and @kbd{j -}
22019 (@code{calc-sel-sub-both-sides}) commands analogously add to or
22020 subtract from both sides of an equation or inequality.  For other
22021 types of selections, they extract an additive factor.  A numeric
22022 prefix argument suppresses simplification of the intermediate
22023 results.
22025 @kindex j U
22026 @pindex calc-sel-unpack
22027 The @kbd{j U} (@code{calc-sel-unpack}) command replaces the
22028 selected function call with its argument.  For example, given
22029 @samp{a + sin(x^2)} with @samp{sin(x^2)} selected, the result
22030 is @samp{a + x^2}.  (The @samp{x^2} will remain selected; if you
22031 wanted to change the @code{sin} to @code{cos}, just press @kbd{C}
22032 now to take the cosine of the selected part.)
22034 @kindex j v
22035 @pindex calc-sel-evaluate
22036 The @kbd{j v} (@code{calc-sel-evaluate}) command performs the
22037 normal default simplifications on the selected sub-formula.
22038 These are the simplifications that are normally done automatically
22039 on all results, but which may have been partially inhibited by
22040 previous selection-related operations, or turned off altogether
22041 by the @kbd{m O} command.  This command is just an auto-selecting
22042 version of the @w{@kbd{a v}} command (@pxref{Algebraic Manipulation}).
22044 With a numeric prefix argument of 2, @kbd{C-u 2 j v} applies
22045 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command to the selected
22046 sub-formula.  With a prefix argument of 3 or more, e.g., @kbd{C-u j v}
22047 applies the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) command.
22048 @xref{Simplifying Formulas}.  With a negative prefix argument
22049 it simplifies at the top level only, just as with @kbd{a v}.
22050 Here the ``top'' level refers to the top level of the selected
22051 sub-formula.
22053 @kindex j "
22054 @pindex calc-sel-expand-formula
22055 The @kbd{j "} (@code{calc-sel-expand-formula}) command is to @kbd{a "}
22056 (@pxref{Algebraic Manipulation}) what @kbd{j v} is to @kbd{a v}.
22058 You can use the @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command
22059 to define other algebraic operations on sub-formulas.  @xref{Rewrite Rules}.
22061 @node Algebraic Manipulation, Simplifying Formulas, Selecting Subformulas, Algebra
22062 @section Algebraic Manipulation
22064 @noindent
22065 The commands in this section perform general-purpose algebraic
22066 manipulations.  They work on the whole formula at the top of the
22067 stack (unless, of course, you have made a selection in that
22068 formula).
22070 Many algebra commands prompt for a variable name or formula.  If you
22071 answer the prompt with a blank line, the variable or formula is taken
22072 from top-of-stack, and the normal argument for the command is taken
22073 from the second-to-top stack level.
22075 @kindex a v
22076 @pindex calc-alg-evaluate
22077 The @kbd{a v} (@code{calc-alg-evaluate}) command performs the normal
22078 default simplifications on a formula; for example, @samp{a - -b} is
22079 changed to @samp{a + b}.  These simplifications are normally done
22080 automatically on all Calc results, so this command is useful only if
22081 you have turned default simplifications off with an @kbd{m O}
22082 command.  @xref{Simplification Modes}.
22084 It is often more convenient to type @kbd{=}, which is like @kbd{a v}
22085 but which also substitutes stored values for variables in the formula.
22086 Use @kbd{a v} if you want the variables to ignore their stored values.
22088 If you give a numeric prefix argument of 2 to @kbd{a v}, it simplifies
22089 as if in Algebraic Simplification mode.  This is equivalent to typing
22090 @kbd{a s}; @pxref{Simplifying Formulas}.  If you give a numeric prefix
22091 of 3 or more, it uses Extended Simplification mode (@kbd{a e}).
22093 If you give a negative prefix argument @mathit{-1}, @mathit{-2}, or @mathit{-3},
22094 it simplifies in the corresponding mode but only works on the top-level
22095 function call of the formula.  For example, @samp{(2 + 3) * (2 + 3)} will
22096 simplify to @samp{(2 + 3)^2}, without simplifying the sub-formulas
22097 @samp{2 + 3}.  As another example, typing @kbd{V R +} to sum the vector
22098 @samp{[1, 2, 3, 4]} produces the formula @samp{reduce(add, [1, 2, 3, 4])}
22099 in No-Simplify mode.  Using @kbd{a v} will evaluate this all the way to
22100 10; using @kbd{C-u - a v} will evaluate it only to @samp{1 + 2 + 3 + 4}.
22101 (@xref{Reducing and Mapping}.)
22103 @tindex evalv
22104 @tindex evalvn
22105 The @kbd{=} command corresponds to the @code{evalv} function, and
22106 the related @kbd{N} command, which is like @kbd{=} but temporarily
22107 disables Symbolic mode (@kbd{m s}) during the evaluation, corresponds
22108 to the @code{evalvn} function.  (These commands interpret their prefix
22109 arguments differently than @kbd{a v}; @kbd{=} treats the prefix as
22110 the number of stack elements to evaluate at once, and @kbd{N} treats
22111 it as a temporary different working precision.)
22113 The @code{evalvn} function can take an alternate working precision
22114 as an optional second argument.  This argument can be either an
22115 integer, to set the precision absolutely, or a vector containing
22116 a single integer, to adjust the precision relative to the current
22117 precision.  Note that @code{evalvn} with a larger than current
22118 precision will do the calculation at this higher precision, but the
22119 result will as usual be rounded back down to the current precision
22120 afterward.  For example, @samp{evalvn(pi - 3.1415)} at a precision
22121 of 12 will return @samp{9.265359e-5}; @samp{evalvn(pi - 3.1415, 30)}
22122 will return @samp{9.26535897932e-5} (computing a 25-digit result which
22123 is then rounded down to 12); and @samp{evalvn(pi - 3.1415, [-2])}
22124 will return @samp{9.2654e-5}.
22126 @kindex a "
22127 @pindex calc-expand-formula
22128 The @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}) command expands functions
22129 into their defining formulas wherever possible.  For example,
22130 @samp{deg(x^2)} is changed to @samp{180 x^2 / pi}.  Most functions,
22131 like @code{sin} and @code{gcd}, are not defined by simple formulas
22132 and so are unaffected by this command.  One important class of
22133 functions which @emph{can} be expanded is the user-defined functions
22134 created by the @kbd{Z F} command.  @xref{Algebraic Definitions}.
22135 Other functions which @kbd{a "} can expand include the probability
22136 distribution functions, most of the financial functions, and the
22137 hyperbolic and inverse hyperbolic functions.  A numeric prefix argument
22138 affects @kbd{a "} in the same way as it does @kbd{a v}:  A positive
22139 argument expands all functions in the formula and then simplifies in
22140 various ways; a negative argument expands and simplifies only the
22141 top-level function call.
22143 @kindex a M
22144 @pindex calc-map-equation
22145 @tindex mapeq
22146 The @kbd{a M} (@code{calc-map-equation}) [@code{mapeq}] command applies
22147 a given function or operator to one or more equations.  It is analogous
22148 to @kbd{V M}, which operates on vectors instead of equations.
22149 @pxref{Reducing and Mapping}.  For example, @kbd{a M S} changes
22150 @samp{x = y+1} to @samp{sin(x) = sin(y+1)}, and @kbd{a M +} with
22151 @samp{x = y+1} and @expr{6} on the stack produces @samp{x+6 = y+7}.
22152 With two equations on the stack, @kbd{a M +} would add the lefthand
22153 sides together and the righthand sides together to get the two
22154 respective sides of a new equation.
22156 Mapping also works on inequalities.  Mapping two similar inequalities
22157 produces another inequality of the same type.  Mapping an inequality
22158 with an equation produces an inequality of the same type.  Mapping a
22159 @samp{<=} with a @samp{<} or @samp{!=} (not-equal) produces a @samp{<}.
22160 If inequalities with opposite direction (e.g., @samp{<} and @samp{>})
22161 are mapped, the direction of the second inequality is reversed to
22162 match the first:  Using @kbd{a M +} on @samp{a < b} and @samp{a > 2}
22163 reverses the latter to get @samp{2 < a}, which then allows the
22164 combination @samp{a + 2 < b + a}, which the @kbd{a s} command can
22165 then simplify to get @samp{2 < b}.
22167 Using @kbd{a M *}, @kbd{a M /}, @kbd{a M n}, or @kbd{a M &} to negate
22168 or invert an inequality will reverse the direction of the inequality.
22169 Other adjustments to inequalities are @emph{not} done automatically;
22170 @kbd{a M S} will change @w{@samp{x < y}} to @samp{sin(x) < sin(y)} even
22171 though this is not true for all values of the variables.
22173 @kindex H a M
22174 @tindex mapeqp
22175 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a M} [@code{mapeqp}] does a plain
22176 mapping operation without reversing the direction of any inequalities.
22177 Thus, @kbd{H a M &} would change @kbd{x > 2} to @kbd{1/x > 0.5}.
22178 (This change is mathematically incorrect, but perhaps you were
22179 fixing an inequality which was already incorrect.)
22181 @kindex I a M
22182 @tindex mapeqr
22183 With the Inverse flag, @kbd{I a M} [@code{mapeqr}] always reverses
22184 the direction of the inequality.  You might use @kbd{I a M C} to
22185 change @samp{x < y} to @samp{cos(x) > cos(y)} if you know you are
22186 working with small positive angles.
22188 @kindex a b
22189 @pindex calc-substitute
22190 @tindex subst
22191 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) [@code{subst}] command substitutes
22192 all occurrences
22193 of some variable or sub-expression of an expression with a new
22194 sub-expression.  For example, substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(y)}
22195 in @samp{2 sin(x)^2 + x sin(x) + sin(2 x)} produces
22196 @samp{2 cos(y)^2 + x cos(y) + @w{sin(2 x)}}.
22197 Note that this is a purely structural substitution; the lone @samp{x} and
22198 the @samp{sin(2 x)} stayed the same because they did not look like
22199 @samp{sin(x)}.  @xref{Rewrite Rules}, for a more general method for
22200 doing substitutions.
22202 The @kbd{a b} command normally prompts for two formulas, the old
22203 one and the new one.  If you enter a blank line for the first
22204 prompt, all three arguments are taken from the stack (new, then old,
22205 then target expression).  If you type an old formula but then enter a
22206 blank line for the new one, the new formula is taken from top-of-stack
22207 and the target from second-to-top.  If you answer both prompts, the
22208 target is taken from top-of-stack as usual.
22210 Note that @kbd{a b} has no understanding of commutativity or
22211 associativity.  The pattern @samp{x+y} will not match the formula
22212 @samp{y+x}.  Also, @samp{y+z} will not match inside the formula @samp{x+y+z}
22213 because the @samp{+} operator is left-associative, so the ``deep
22214 structure'' of that formula is @samp{(x+y) + z}.  Use @kbd{d U}
22215 (@code{calc-unformatted-language}) mode to see the true structure of
22216 a formula.  The rewrite rule mechanism, discussed later, does not have
22217 these limitations.
22219 As an algebraic function, @code{subst} takes three arguments:
22220 Target expression, old, new.  Note that @code{subst} is always
22221 evaluated immediately, even if its arguments are variables, so if
22222 you wish to put a call to @code{subst} onto the stack you must
22223 turn the default simplifications off first (with @kbd{m O}).
22225 @node Simplifying Formulas, Polynomials, Algebraic Manipulation, Algebra
22226 @section Simplifying Formulas
22228 @noindent
22229 @kindex a s
22230 @pindex calc-simplify
22231 @tindex simplify
22232 The @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) [@code{simplify}] command applies
22233 various algebraic rules to simplify a formula.  This includes rules which
22234 are not part of the default simplifications because they may be too slow
22235 to apply all the time, or may not be desirable all of the time.  For
22236 example, non-adjacent terms of sums are combined, as in @samp{a + b + 2 a}
22237 to @samp{b + 3 a}, and some formulas like @samp{sin(arcsin(x))} are
22238 simplified to @samp{x}.
22240 The sections below describe all the various kinds of algebraic
22241 simplifications Calc provides in full detail.  None of Calc's
22242 simplification commands are designed to pull rabbits out of hats;
22243 they simply apply certain specific rules to put formulas into
22244 less redundant or more pleasing forms.  Serious algebra in Calc
22245 must be done manually, usually with a combination of selections
22246 and rewrite rules.  @xref{Rearranging with Selections}.
22247 @xref{Rewrite Rules}.
22249 @xref{Simplification Modes}, for commands to control what level of
22250 simplification occurs automatically.  Normally only the ``default
22251 simplifications'' occur.
22253 @menu
22254 * Default Simplifications::
22255 * Algebraic Simplifications::
22256 * Unsafe Simplifications::
22257 * Simplification of Units::
22258 @end menu
22260 @node Default Simplifications, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas, Simplifying Formulas
22261 @subsection Default Simplifications
22263 @noindent
22264 @cindex Default simplifications
22265 This section describes the ``default simplifications,'' those which are
22266 normally applied to all results.  For example, if you enter the variable
22267 @expr{x} on the stack twice and push @kbd{+}, Calc's default
22268 simplifications automatically change @expr{x + x} to @expr{2 x}.
22270 The @kbd{m O} command turns off the default simplifications, so that
22271 @expr{x + x} will remain in this form unless you give an explicit
22272 ``simplify'' command like @kbd{=} or @kbd{a v}.  @xref{Algebraic
22273 Manipulation}.  The @kbd{m D} command turns the default simplifications
22274 back on.
22276 The most basic default simplification is the evaluation of functions.
22277 For example, @expr{2 + 3} is evaluated to @expr{5}, and @expr{@tfn{sqrt}(9)}
22278 is evaluated to @expr{3}.  Evaluation does not occur if the arguments
22279 to a function are somehow of the wrong type @expr{@tfn{tan}([2,3,4])}),
22280 range (@expr{@tfn{tan}(90)}), or number (@expr{@tfn{tan}(3,5)}), 
22281 or if the function name is not recognized (@expr{@tfn{f}(5)}), or if
22282 Symbolic mode (@pxref{Symbolic Mode}) prevents evaluation
22283 (@expr{@tfn{sqrt}(2)}).
22285 Calc simplifies (evaluates) the arguments to a function before it
22286 simplifies the function itself.  Thus @expr{@tfn{sqrt}(5+4)} is
22287 simplified to @expr{@tfn{sqrt}(9)} before the @code{sqrt} function
22288 itself is applied.  There are very few exceptions to this rule:
22289 @code{quote}, @code{lambda}, and @code{condition} (the @code{::}
22290 operator) do not evaluate their arguments, @code{if} (the @code{? :}
22291 operator) does not evaluate all of its arguments, and @code{evalto}
22292 does not evaluate its lefthand argument.
22294 Most commands apply the default simplifications to all arguments they
22295 take from the stack, perform a particular operation, then simplify
22296 the result before pushing it back on the stack.  In the common special
22297 case of regular arithmetic commands like @kbd{+} and @kbd{Q} [@code{sqrt}],
22298 the arguments are simply popped from the stack and collected into a
22299 suitable function call, which is then simplified (the arguments being
22300 simplified first as part of the process, as described above).
22302 The default simplifications are too numerous to describe completely
22303 here, but this section will describe the ones that apply to the
22304 major arithmetic operators.  This list will be rather technical in
22305 nature, and will probably be interesting to you only if you are
22306 a serious user of Calc's algebra facilities.
22308 @tex
22309 \bigskip
22310 @end tex
22312 As well as the simplifications described here, if you have stored
22313 any rewrite rules in the variable @code{EvalRules} then these rules
22314 will also be applied before any built-in default simplifications.
22315 @xref{Automatic Rewrites}, for details.
22317 @tex
22318 \bigskip
22319 @end tex
22321 And now, on with the default simplifications:
22323 Arithmetic operators like @kbd{+} and @kbd{*} always take two
22324 arguments in Calc's internal form.  Sums and products of three or
22325 more terms are arranged by the associative law of algebra into
22326 a left-associative form for sums, @expr{((a + b) + c) + d}, and
22327 a right-associative form for products, @expr{a * (b * (c * d))}.
22328 Formulas like @expr{(a + b) + (c + d)} are rearranged to
22329 left-associative form, though this rarely matters since Calc's
22330 algebra commands are designed to hide the inner structure of
22331 sums and products as much as possible.  Sums and products in
22332 their proper associative form will be written without parentheses
22333 in the examples below.
22335 Sums and products are @emph{not} rearranged according to the
22336 commutative law (@expr{a + b} to @expr{b + a}) except in a few
22337 special cases described below.  Some algebra programs always
22338 rearrange terms into a canonical order, which enables them to
22339 see that @expr{a b + b a} can be simplified to @expr{2 a b}.
22340 Calc assumes you have put the terms into the order you want
22341 and generally leaves that order alone, with the consequence
22342 that formulas like the above will only be simplified if you
22343 explicitly give the @kbd{a s} command.  @xref{Algebraic
22344 Simplifications}.
22346 Differences @expr{a - b} are treated like sums @expr{a + (-b)}
22347 for purposes of simplification; one of the default simplifications
22348 is to rewrite @expr{a + (-b)} or @expr{(-b) + a}, where @expr{-b}
22349 represents a ``negative-looking'' term, into @expr{a - b} form.
22350 ``Negative-looking'' means negative numbers, negated formulas like
22351 @expr{-x}, and products or quotients in which either term is
22352 negative-looking.
22354 Other simplifications involving negation are @expr{-(-x)} to @expr{x};
22355 @expr{-(a b)} or @expr{-(a/b)} where either @expr{a} or @expr{b} is
22356 negative-looking, simplified by negating that term, or else where
22357 @expr{a} or @expr{b} is any number, by negating that number;
22358 @expr{-(a + b)} to @expr{-a - b}, and @expr{-(b - a)} to @expr{a - b}.
22359 (This, and rewriting @expr{(-b) + a} to @expr{a - b}, are the only
22360 cases where the order of terms in a sum is changed by the default
22361 simplifications.)
22363 The distributive law is used to simplify sums in some cases:
22364 @expr{a x + b x} to @expr{(a + b) x}, where @expr{a} represents
22365 a number or an implicit 1 or @mathit{-1} (as in @expr{x} or @expr{-x})
22366 and similarly for @expr{b}.  Use the @kbd{a c}, @w{@kbd{a f}}, or
22367 @kbd{j M} commands to merge sums with non-numeric coefficients
22368 using the distributive law.
22370 The distributive law is only used for sums of two terms, or
22371 for adjacent terms in a larger sum.  Thus @expr{a + b + b + c}
22372 is simplified to @expr{a + 2 b + c}, but @expr{a + b + c + b}
22373 is not simplified.  The reason is that comparing all terms of a
22374 sum with one another would require time proportional to the
22375 square of the number of terms; Calc relegates potentially slow
22376 operations like this to commands that have to be invoked
22377 explicitly, like @kbd{a s}.
22379 Finally, @expr{a + 0} and @expr{0 + a} are simplified to @expr{a}.
22380 A consequence of the above rules is that @expr{0 - a} is simplified
22381 to @expr{-a}.
22383 @tex
22384 \bigskip
22385 @end tex
22387 The products @expr{1 a} and @expr{a 1} are simplified to @expr{a};
22388 @expr{(-1) a} and @expr{a (-1)} are simplified to @expr{-a};
22389 @expr{0 a} and @expr{a 0} are simplified to @expr{0}, except that
22390 in Matrix mode where @expr{a} is not provably scalar the result
22391 is the generic zero matrix @samp{idn(0)}, and that if @expr{a} is
22392 infinite the result is @samp{nan}.
22394 Also, @expr{(-a) b} and @expr{a (-b)} are simplified to @expr{-(a b)},
22395 where this occurs for negated formulas but not for regular negative
22396 numbers.
22398 Products are commuted only to move numbers to the front:
22399 @expr{a b 2} is commuted to @expr{2 a b}.
22401 The product @expr{a (b + c)} is distributed over the sum only if
22402 @expr{a} and at least one of @expr{b} and @expr{c} are numbers:
22403 @expr{2 (x + 3)} goes to @expr{2 x + 6}.  The formula
22404 @expr{(-a) (b - c)}, where @expr{-a} is a negative number, is
22405 rewritten to @expr{a (c - b)}.
22407 The distributive law of products and powers is used for adjacent
22408 terms of the product: @expr{x^a x^b} goes to 
22409 @texline @math{x^{a+b}}
22410 @infoline @expr{x^(a+b)}
22411 where @expr{a} is a number, or an implicit 1 (as in @expr{x}),
22412 or the implicit one-half of @expr{@tfn{sqrt}(x)}, and similarly for
22413 @expr{b}.  The result is written using @samp{sqrt} or @samp{1/sqrt}
22414 if the sum of the powers is @expr{1/2} or @expr{-1/2}, respectively.
22415 If the sum of the powers is zero, the product is simplified to
22416 @expr{1} or to @samp{idn(1)} if Matrix mode is enabled.
22418 The product of a negative power times anything but another negative
22419 power is changed to use division:  
22420 @texline @math{x^{-2} y}
22421 @infoline @expr{x^(-2) y} 
22422 goes to @expr{y / x^2} unless Matrix mode is
22423 in effect and neither @expr{x} nor @expr{y} are scalar (in which
22424 case it is considered unsafe to rearrange the order of the terms).
22426 Finally, @expr{a (b/c)} is rewritten to @expr{(a b)/c}, and also
22427 @expr{(a/b) c} is changed to @expr{(a c)/b} unless in Matrix mode.
22429 @tex
22430 \bigskip
22431 @end tex
22433 Simplifications for quotients are analogous to those for products.
22434 The quotient @expr{0 / x} is simplified to @expr{0}, with the same
22435 exceptions that were noted for @expr{0 x}.  Likewise, @expr{x / 1}
22436 and @expr{x / (-1)} are simplified to @expr{x} and @expr{-x},
22437 respectively.
22439 The quotient @expr{x / 0} is left unsimplified or changed to an
22440 infinite quantity, as directed by the current infinite mode.
22441 @xref{Infinite Mode}.
22443 The expression 
22444 @texline @math{a / b^{-c}}
22445 @infoline @expr{a / b^(-c)} 
22446 is changed to @expr{a b^c}, where @expr{-c} is any negative-looking
22447 power.  Also, @expr{1 / b^c} is changed to 
22448 @texline @math{b^{-c}}
22449 @infoline @expr{b^(-c)} 
22450 for any power @expr{c}.
22452 Also, @expr{(-a) / b} and @expr{a / (-b)} go to @expr{-(a/b)};
22453 @expr{(a/b) / c} goes to @expr{a / (b c)}; and @expr{a / (b/c)}
22454 goes to @expr{(a c) / b} unless Matrix mode prevents this
22455 rearrangement.  Similarly, @expr{a / (b:c)} is simplified to
22456 @expr{(c:b) a} for any fraction @expr{b:c}.
22458 The distributive law is applied to @expr{(a + b) / c} only if
22459 @expr{c} and at least one of @expr{a} and @expr{b} are numbers.
22460 Quotients of powers and square roots are distributed just as
22461 described for multiplication.
22463 Quotients of products cancel only in the leading terms of the
22464 numerator and denominator.  In other words, @expr{a x b / a y b}
22465 is cancelled to @expr{x b / y b} but not to @expr{x / y}.  Once
22466 again this is because full cancellation can be slow; use @kbd{a s}
22467 to cancel all terms of the quotient.
22469 Quotients of negative-looking values are simplified according
22470 to @expr{(-a) / (-b)} to @expr{a / b}, @expr{(-a) / (b - c)}
22471 to @expr{a / (c - b)}, and @expr{(a - b) / (-c)} to @expr{(b - a) / c}.
22473 @tex
22474 \bigskip
22475 @end tex
22477 The formula @expr{x^0} is simplified to @expr{1}, or to @samp{idn(1)}
22478 in Matrix mode.  The formula @expr{0^x} is simplified to @expr{0}
22479 unless @expr{x} is a negative number or complex number, in which
22480 case the result is an infinity or an unsimplified formula according
22481 to the current infinite mode.  Note that @expr{0^0} is an
22482 indeterminate form, as evidenced by the fact that the simplifications
22483 for @expr{x^0} and @expr{0^x} conflict when @expr{x=0}.
22485 Powers of products or quotients @expr{(a b)^c}, @expr{(a/b)^c}
22486 are distributed to @expr{a^c b^c}, @expr{a^c / b^c} only if @expr{c}
22487 is an integer, or if either @expr{a} or @expr{b} are nonnegative
22488 real numbers.  Powers of powers @expr{(a^b)^c} are simplified to
22489 @texline @math{a^{b c}}
22490 @infoline @expr{a^(b c)} 
22491 only when @expr{c} is an integer and @expr{b c} also
22492 evaluates to an integer.  Without these restrictions these simplifications
22493 would not be safe because of problems with principal values.
22494 (In other words, 
22495 @texline @math{((-3)^{1/2})^2}
22496 @infoline @expr{((-3)^1:2)^2} 
22497 is safe to simplify, but
22498 @texline @math{((-3)^2)^{1/2}}
22499 @infoline @expr{((-3)^2)^1:2} 
22500 is not.)  @xref{Declarations}, for ways to inform Calc that your
22501 variables satisfy these requirements.
22503 As a special case of this rule, @expr{@tfn{sqrt}(x)^n} is simplified to
22504 @texline @math{x^{n/2}}
22505 @infoline @expr{x^(n/2)} 
22506 only for even integers @expr{n}.
22508 If @expr{a} is known to be real, @expr{b} is an even integer, and
22509 @expr{c} is a half- or quarter-integer, then @expr{(a^b)^c} is
22510 simplified to @expr{@tfn{abs}(a^(b c))}.
22512 Also, @expr{(-a)^b} is simplified to @expr{a^b} if @expr{b} is an
22513 even integer, or to @expr{-(a^b)} if @expr{b} is an odd integer,
22514 for any negative-looking expression @expr{-a}.
22516 Square roots @expr{@tfn{sqrt}(x)} generally act like one-half powers
22517 @texline @math{x^{1:2}}
22518 @infoline @expr{x^1:2} 
22519 for the purposes of the above-listed simplifications.
22521 Also, note that 
22522 @texline @math{1 / x^{1:2}}
22523 @infoline @expr{1 / x^1:2} 
22524 is changed to 
22525 @texline @math{x^{-1:2}},
22526 @infoline @expr{x^(-1:2)},
22527 but @expr{1 / @tfn{sqrt}(x)} is left alone.
22529 @tex
22530 \bigskip
22531 @end tex
22533 Generic identity matrices (@pxref{Matrix Mode}) are simplified by the
22534 following rules:  @expr{@tfn{idn}(a) + b} to @expr{a + b} if @expr{b}
22535 is provably scalar, or expanded out if @expr{b} is a matrix;
22536 @expr{@tfn{idn}(a) + @tfn{idn}(b)} to @expr{@tfn{idn}(a + b)}; 
22537 @expr{-@tfn{idn}(a)} to @expr{@tfn{idn}(-a)}; @expr{a @tfn{idn}(b)} to 
22538 @expr{@tfn{idn}(a b)} if @expr{a} is provably scalar, or to @expr{a b} 
22539 if @expr{a} is provably non-scalar;  @expr{@tfn{idn}(a) @tfn{idn}(b)} to
22540 @expr{@tfn{idn}(a b)}; analogous simplifications for quotients involving
22541 @code{idn}; and @expr{@tfn{idn}(a)^n} to @expr{@tfn{idn}(a^n)} where
22542 @expr{n} is an integer.
22544 @tex
22545 \bigskip
22546 @end tex
22548 The @code{floor} function and other integer truncation functions
22549 vanish if the argument is provably integer-valued, so that
22550 @expr{@tfn{floor}(@tfn{round}(x))} simplifies to @expr{@tfn{round}(x)}.
22551 Also, combinations of @code{float}, @code{floor} and its friends,
22552 and @code{ffloor} and its friends, are simplified in appropriate
22553 ways.  @xref{Integer Truncation}.
22555 The expression @expr{@tfn{abs}(-x)} changes to @expr{@tfn{abs}(x)}.
22556 The expression @expr{@tfn{abs}(@tfn{abs}(x))} changes to
22557 @expr{@tfn{abs}(x)};  in fact, @expr{@tfn{abs}(x)} changes to @expr{x} or
22558 @expr{-x} if @expr{x} is provably nonnegative or nonpositive
22559 (@pxref{Declarations}). 
22561 While most functions do not recognize the variable @code{i} as an
22562 imaginary number, the @code{arg} function does handle the two cases
22563 @expr{@tfn{arg}(@tfn{i})} and @expr{@tfn{arg}(-@tfn{i})} just for convenience.
22565 The expression @expr{@tfn{conj}(@tfn{conj}(x))} simplifies to @expr{x}.
22566 Various other expressions involving @code{conj}, @code{re}, and
22567 @code{im} are simplified, especially if some of the arguments are
22568 provably real or involve the constant @code{i}.  For example,
22569 @expr{@tfn{conj}(a + b i)} is changed to 
22570 @expr{@tfn{conj}(a) - @tfn{conj}(b) i},  or to @expr{a - b i} if @expr{a}
22571 and @expr{b} are known to be real.
22573 Functions like @code{sin} and @code{arctan} generally don't have
22574 any default simplifications beyond simply evaluating the functions
22575 for suitable numeric arguments and infinity.  The @kbd{a s} command
22576 described in the next section does provide some simplifications for
22577 these functions, though.
22579 One important simplification that does occur is that
22580 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e})} is simplified to 1, and @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)} is
22581 simplified to @expr{x} for any @expr{x}.  This occurs even if you have
22582 stored a different value in the Calc variable @samp{e}; but this would
22583 be a bad idea in any case if you were also using natural logarithms!
22585 Among the logical functions, @tfn{(@var{a} <= @var{b})} changes to
22586 @tfn{@var{a} > @var{b}} and so on.  Equations and inequalities where both sides
22587 are either negative-looking or zero are simplified by negating both sides
22588 and reversing the inequality.  While it might seem reasonable to simplify
22589 @expr{!!x} to @expr{x}, this would not be valid in general because
22590 @expr{!!2} is 1, not 2.
22592 Most other Calc functions have few if any default simplifications
22593 defined, aside of course from evaluation when the arguments are
22594 suitable numbers.
22596 @node Algebraic Simplifications, Unsafe Simplifications, Default Simplifications, Simplifying Formulas
22597 @subsection Algebraic Simplifications
22599 @noindent
22600 @cindex Algebraic simplifications
22601 The @kbd{a s} command makes simplifications that may be too slow to
22602 do all the time, or that may not be desirable all of the time.
22603 If you find these simplifications are worthwhile, you can type
22604 @kbd{m A} to have Calc apply them automatically.
22606 This section describes all simplifications that are performed by
22607 the @kbd{a s} command.  Note that these occur in addition to the
22608 default simplifications; even if the default simplifications have
22609 been turned off by an @kbd{m O} command, @kbd{a s} will turn them
22610 back on temporarily while it simplifies the formula.
22612 There is a variable, @code{AlgSimpRules}, in which you can put rewrites
22613 to be applied by @kbd{a s}.  Its use is analogous to @code{EvalRules},
22614 but without the special restrictions.  Basically, the simplifier does
22615 @samp{@w{a r} AlgSimpRules} with an infinite repeat count on the whole
22616 expression being simplified, then it traverses the expression applying
22617 the built-in rules described below.  If the result is different from
22618 the original expression, the process repeats with the default
22619 simplifications (including @code{EvalRules}), then @code{AlgSimpRules},
22620 then the built-in simplifications, and so on.
22622 @tex
22623 \bigskip
22624 @end tex
22626 Sums are simplified in two ways.  Constant terms are commuted to the
22627 end of the sum, so that @expr{a + 2 + b} changes to @expr{a + b + 2}.
22628 The only exception is that a constant will not be commuted away
22629 from the first position of a difference, i.e., @expr{2 - x} is not
22630 commuted to @expr{-x + 2}.
22632 Also, terms of sums are combined by the distributive law, as in
22633 @expr{x + y + 2 x} to @expr{y + 3 x}.  This always occurs for
22634 adjacent terms, but @kbd{a s} compares all pairs of terms including
22635 non-adjacent ones.
22637 @tex
22638 \bigskip
22639 @end tex
22641 Products are sorted into a canonical order using the commutative
22642 law.  For example, @expr{b c a} is commuted to @expr{a b c}.
22643 This allows easier comparison of products; for example, the default
22644 simplifications will not change @expr{x y + y x} to @expr{2 x y},
22645 but @kbd{a s} will; it first rewrites the sum to @expr{x y + x y},
22646 and then the default simplifications are able to recognize a sum
22647 of identical terms.
22649 The canonical ordering used to sort terms of products has the
22650 property that real-valued numbers, interval forms and infinities
22651 come first, and are sorted into increasing order.  The @kbd{V S}
22652 command uses the same ordering when sorting a vector.
22654 Sorting of terms of products is inhibited when Matrix mode is
22655 turned on; in this case, Calc will never exchange the order of
22656 two terms unless it knows at least one of the terms is a scalar.
22658 Products of powers are distributed by comparing all pairs of
22659 terms, using the same method that the default simplifications
22660 use for adjacent terms of products.
22662 Even though sums are not sorted, the commutative law is still
22663 taken into account when terms of a product are being compared.
22664 Thus @expr{(x + y) (y + x)} will be simplified to @expr{(x + y)^2}.
22665 A subtle point is that @expr{(x - y) (y - x)} will @emph{not}
22666 be simplified to @expr{-(x - y)^2}; Calc does not notice that
22667 one term can be written as a constant times the other, even if
22668 that constant is @mathit{-1}.
22670 A fraction times any expression, @expr{(a:b) x}, is changed to
22671 a quotient involving integers:  @expr{a x / b}.  This is not
22672 done for floating-point numbers like @expr{0.5}, however.  This
22673 is one reason why you may find it convenient to turn Fraction mode
22674 on while doing algebra; @pxref{Fraction Mode}.
22676 @tex
22677 \bigskip
22678 @end tex
22680 Quotients are simplified by comparing all terms in the numerator
22681 with all terms in the denominator for possible cancellation using
22682 the distributive law.  For example, @expr{a x^2 b / c x^3 d} will
22683 cancel @expr{x^2} from both sides to get @expr{a b / c x d}.
22684 (The terms in the denominator will then be rearranged to @expr{c d x}
22685 as described above.)  If there is any common integer or fractional
22686 factor in the numerator and denominator, it is cancelled out;
22687 for example, @expr{(4 x + 6) / 8 x} simplifies to @expr{(2 x + 3) / 4 x}.
22689 Non-constant common factors are not found even by @kbd{a s}.  To
22690 cancel the factor @expr{a} in @expr{(a x + a) / a^2} you could first
22691 use @kbd{j M} on the product @expr{a x} to Merge the numerator to
22692 @expr{a (1+x)}, which can then be simplified successfully.
22694 @tex
22695 \bigskip
22696 @end tex
22698 Integer powers of the variable @code{i} are simplified according
22699 to the identity @expr{i^2 = -1}.  If you store a new value other
22700 than the complex number @expr{(0,1)} in @code{i}, this simplification
22701 will no longer occur.  This is done by @kbd{a s} instead of by default
22702 in case someone (unwisely) uses the name @code{i} for a variable
22703 unrelated to complex numbers; it would be unfortunate if Calc
22704 quietly and automatically changed this formula for reasons the
22705 user might not have been thinking of.
22707 Square roots of integer or rational arguments are simplified in
22708 several ways.  (Note that these will be left unevaluated only in
22709 Symbolic mode.)  First, square integer or rational factors are
22710 pulled out so that @expr{@tfn{sqrt}(8)} is rewritten as
22711 @texline @math{2\,@tfn{sqrt}(2)}.
22712 @infoline @expr{2 sqrt(2)}.  
22713 Conceptually speaking this implies factoring the argument into primes
22714 and moving pairs of primes out of the square root, but for reasons of
22715 efficiency Calc only looks for primes up to 29.
22717 Square roots in the denominator of a quotient are moved to the
22718 numerator:  @expr{1 / @tfn{sqrt}(3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(3) / 3}.
22719 The same effect occurs for the square root of a fraction:
22720 @expr{@tfn{sqrt}(2:3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(6) / 3}.
22722 @tex
22723 \bigskip
22724 @end tex
22726 The @code{%} (modulo) operator is simplified in several ways
22727 when the modulus @expr{M} is a positive real number.  First, if
22728 the argument is of the form @expr{x + n} for some real number
22729 @expr{n}, then @expr{n} is itself reduced modulo @expr{M}.  For
22730 example, @samp{(x - 23) % 10} is simplified to @samp{(x + 7) % 10}.
22732 If the argument is multiplied by a constant, and this constant
22733 has a common integer divisor with the modulus, then this factor is
22734 cancelled out.  For example, @samp{12 x % 15} is changed to
22735 @samp{3 (4 x % 5)} by factoring out 3.  Also, @samp{(12 x + 1) % 15}
22736 is changed to @samp{3 ((4 x + 1:3) % 5)}.  While these forms may
22737 not seem ``simpler,'' they allow Calc to discover useful information
22738 about modulo forms in the presence of declarations.
22740 If the modulus is 1, then Calc can use @code{int} declarations to
22741 evaluate the expression.  For example, the idiom @samp{x % 2} is
22742 often used to check whether a number is odd or even.  As described
22743 above, @w{@samp{2 n % 2}} and @samp{(2 n + 1) % 2} are simplified to
22744 @samp{2 (n % 1)} and @samp{2 ((n + 1:2) % 1)}, respectively; Calc
22745 can simplify these to 0 and 1 (respectively) if @code{n} has been
22746 declared to be an integer.
22748 @tex
22749 \bigskip
22750 @end tex
22752 Trigonometric functions are simplified in several ways.  Whenever a
22753 products of two trigonometric functions can be replaced by a single
22754 function, the replacement is made; for example,
22755 @expr{@tfn{tan}(x) @tfn{cos}(x)} is simplified to @expr{@tfn{sin}(x)}. 
22756 Reciprocals of trigonometric functions are replaced by their reciprocal
22757 function; for example, @expr{1/@tfn{sec}(x)} is simplified to
22758 @expr{@tfn{cos}(x)}.  The corresponding simplifications for the
22759 hyperbolic functions are also handled.
22761 Trigonometric functions of their inverse functions are
22762 simplified. The expression @expr{@tfn{sin}(@tfn{arcsin}(x))} is
22763 simplified to @expr{x}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.  
22764 Trigonometric functions of inverses of different trigonometric
22765 functions can also be simplified, as in @expr{@tfn{sin}(@tfn{arccos}(x))}
22766 to @expr{@tfn{sqrt}(1 - x^2)}.
22768 If the argument to @code{sin} is negative-looking, it is simplified to
22769 @expr{-@tfn{sin}(x)}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.
22770 Finally, certain special values of the argument are recognized;
22771 @pxref{Trigonometric and Hyperbolic Functions}.
22773 Hyperbolic functions of their inverses and of negative-looking
22774 arguments are also handled, as are exponentials of inverse
22775 hyperbolic functions.
22777 No simplifications for inverse trigonometric and hyperbolic
22778 functions are known, except for negative arguments of @code{arcsin},
22779 @code{arctan}, @code{arcsinh}, and @code{arctanh}.  Note that
22780 @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} can @emph{not} safely change to
22781 @expr{x}, since this only correct within an integer multiple of 
22782 @texline @math{2 \pi}
22783 @infoline @expr{2 pi} 
22784 radians or 360 degrees.  However, @expr{@tfn{arcsinh}(@tfn{sinh}(x))} is
22785 simplified to @expr{x} if @expr{x} is known to be real.
22787 Several simplifications that apply to logarithms and exponentials
22788 are that @expr{@tfn{exp}(@tfn{ln}(x))}, 
22789 @texline @tfn{e}@math{^{\ln(x)}},
22790 @infoline @expr{e^@tfn{ln}(x)}, 
22792 @texline @math{10^{{\rm log10}(x)}}
22793 @infoline @expr{10^@tfn{log10}(x)} 
22794 all reduce to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))}, etc., can
22795 reduce to @expr{x} if @expr{x} is provably real.  The form
22796 @expr{@tfn{exp}(x)^y} is simplified to @expr{@tfn{exp}(x y)}.  If @expr{x}
22797 is a suitable multiple of 
22798 @texline @math{\pi i} 
22799 @infoline @expr{pi i}
22800 (as described above for the trigonometric functions), then
22801 @expr{@tfn{exp}(x)} or @expr{e^x} will be expanded.  Finally,
22802 @expr{@tfn{ln}(x)} is simplified to a form involving @code{pi} and
22803 @code{i} where @expr{x} is provably negative, positive imaginary, or
22804 negative imaginary. 
22806 The error functions @code{erf} and @code{erfc} are simplified when
22807 their arguments are negative-looking or are calls to the @code{conj}
22808 function.
22810 @tex
22811 \bigskip
22812 @end tex
22814 Equations and inequalities are simplified by cancelling factors
22815 of products, quotients, or sums on both sides.  Inequalities
22816 change sign if a negative multiplicative factor is cancelled.
22817 Non-constant multiplicative factors as in @expr{a b = a c} are
22818 cancelled from equations only if they are provably nonzero (generally
22819 because they were declared so; @pxref{Declarations}).  Factors
22820 are cancelled from inequalities only if they are nonzero and their
22821 sign is known.
22823 Simplification also replaces an equation or inequality with
22824 1 or 0 (``true'' or ``false'') if it can through the use of
22825 declarations.  If @expr{x} is declared to be an integer greater
22826 than 5, then @expr{x < 3}, @expr{x = 3}, and @expr{x = 7.5} are
22827 all simplified to 0, but @expr{x > 3} is simplified to 1.
22828 By a similar analysis, @expr{abs(x) >= 0} is simplified to 1,
22829 as is @expr{x^2 >= 0} if @expr{x} is known to be real.
22831 @node Unsafe Simplifications, Simplification of Units, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas
22832 @subsection ``Unsafe'' Simplifications
22834 @noindent
22835 @cindex Unsafe simplifications
22836 @cindex Extended simplification
22837 @kindex a e
22838 @pindex calc-simplify-extended
22839 @ignore
22840 @mindex esimpl@idots
22841 @end ignore
22842 @tindex esimplify
22843 The @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) [@code{esimplify}] command
22844 is like @kbd{a s}
22845 except that it applies some additional simplifications which are not
22846 ``safe'' in all cases.  Use this only if you know the values in your
22847 formula lie in the restricted ranges for which these simplifications
22848 are valid.  The symbolic integrator uses @kbd{a e};
22849 one effect of this is that the integrator's results must be used with
22850 caution.  Where an integral table will often attach conditions like
22851 ``for positive @expr{a} only,'' Calc (like most other symbolic
22852 integration programs) will simply produce an unqualified result.
22854 Because @kbd{a e}'s simplifications are unsafe, it is sometimes better
22855 to type @kbd{C-u -3 a v}, which does extended simplification only
22856 on the top level of the formula without affecting the sub-formulas.
22857 In fact, @kbd{C-u -3 j v} allows you to target extended simplification
22858 to any specific part of a formula.
22860 The variable @code{ExtSimpRules} contains rewrites to be applied by
22861 the @kbd{a e} command.  These are applied in addition to
22862 @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  (The @kbd{a r AlgSimpRules}
22863 step described above is simply followed by an @kbd{a r ExtSimpRules} step.)
22865 Following is a complete list of ``unsafe'' simplifications performed
22866 by @kbd{a e}.
22868 @tex
22869 \bigskip
22870 @end tex
22872 Inverse trigonometric or hyperbolic functions, called with their
22873 corresponding non-inverse functions as arguments, are simplified
22874 by @kbd{a e}.  For example, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} changes
22875 to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{cos}(x))} and
22876 @expr{@tfn{arccos}(@tfn{sin}(x))} both change to @expr{@tfn{pi}/2 - x}.
22877 These simplifications are unsafe because they are valid only for
22878 values of @expr{x} in a certain range; outside that range, values
22879 are folded down to the 360-degree range that the inverse trigonometric
22880 functions always produce.
22882 Powers of powers @expr{(x^a)^b} are simplified to 
22883 @texline @math{x^{a b}}
22884 @infoline @expr{x^(a b)}
22885 for all @expr{a} and @expr{b}.  These results will be valid only
22886 in a restricted range of @expr{x}; for example, in 
22887 @texline @math{(x^2)^{1:2}}
22888 @infoline @expr{(x^2)^1:2}
22889 the powers cancel to get @expr{x}, which is valid for positive values
22890 of @expr{x} but not for negative or complex values.
22892 Similarly, @expr{@tfn{sqrt}(x^a)} and @expr{@tfn{sqrt}(x)^a} are both
22893 simplified (possibly unsafely) to 
22894 @texline @math{x^{a/2}}.
22895 @infoline @expr{x^(a/2)}.
22897 Forms like @expr{@tfn{sqrt}(1 - sin(x)^2)} are simplified to, e.g.,
22898 @expr{@tfn{cos}(x)}.  Calc has identities of this sort for @code{sin},
22899 @code{cos}, @code{tan}, @code{sinh}, and @code{cosh}.
22901 Arguments of square roots are partially factored to look for
22902 squared terms that can be extracted.  For example,
22903 @expr{@tfn{sqrt}(a^2 b^3 + a^3 b^2)} simplifies to 
22904 @expr{a b @tfn{sqrt}(a+b)}.
22906 The simplifications of @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))},
22907 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)}, and @expr{@tfn{log10}(10^x)} to @expr{x} are also
22908 unsafe because of problems with principal values (although these
22909 simplifications are safe if @expr{x} is known to be real).
22911 Common factors are cancelled from products on both sides of an
22912 equation, even if those factors may be zero:  @expr{a x / b x}
22913 to @expr{a / b}.  Such factors are never cancelled from
22914 inequalities:  Even @kbd{a e} is not bold enough to reduce
22915 @expr{a x < b x} to @expr{a < b} (or @expr{a > b}, depending
22916 on whether you believe @expr{x} is positive or negative).
22917 The @kbd{a M /} command can be used to divide a factor out of
22918 both sides of an inequality.
22920 @node Simplification of Units, , Unsafe Simplifications, Simplifying Formulas
22921 @subsection Simplification of Units
22923 @noindent
22924 The simplifications described in this section are applied by the
22925 @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command.  These are in addition
22926 to the regular @kbd{a s} (but not @kbd{a e}) simplifications described
22927 earlier.  @xref{Basic Operations on Units}.
22929 The variable @code{UnitSimpRules} contains rewrites to be applied by
22930 the @kbd{u s} command.  These are applied in addition to @code{EvalRules}
22931 and @code{AlgSimpRules}.
22933 Scalar mode is automatically put into effect when simplifying units.
22934 @xref{Matrix Mode}.
22936 Sums @expr{a + b} involving units are simplified by extracting the
22937 units of @expr{a} as if by the @kbd{u x} command (call the result
22938 @expr{u_a}), then simplifying the expression @expr{b / u_a}
22939 using @kbd{u b} and @kbd{u s}.  If the result has units then the sum
22940 is inconsistent and is left alone.  Otherwise, it is rewritten
22941 in terms of the units @expr{u_a}.
22943 If units auto-ranging mode is enabled, products or quotients in
22944 which the first argument is a number which is out of range for the
22945 leading unit are modified accordingly.
22947 When cancelling and combining units in products and quotients,
22948 Calc accounts for unit names that differ only in the prefix letter.
22949 For example, @samp{2 km m} is simplified to @samp{2000 m^2}.
22950 However, compatible but different units like @code{ft} and @code{in}
22951 are not combined in this way.
22953 Quotients @expr{a / b} are simplified in three additional ways.  First,
22954 if @expr{b} is a number or a product beginning with a number, Calc
22955 computes the reciprocal of this number and moves it to the numerator.
22957 Second, for each pair of unit names from the numerator and denominator
22958 of a quotient, if the units are compatible (e.g., they are both
22959 units of area) then they are replaced by the ratio between those
22960 units.  For example, in @samp{3 s in N / kg cm} the units
22961 @samp{in / cm} will be replaced by @expr{2.54}.
22963 Third, if the units in the quotient exactly cancel out, so that
22964 a @kbd{u b} command on the quotient would produce a dimensionless
22965 number for an answer, then the quotient simplifies to that number.
22967 For powers and square roots, the ``unsafe'' simplifications
22968 @expr{(a b)^c} to @expr{a^c b^c}, @expr{(a/b)^c} to @expr{a^c / b^c},
22969 and @expr{(a^b)^c} to 
22970 @texline @math{a^{b c}}
22971 @infoline @expr{a^(b c)} 
22972 are done if the powers are real numbers.  (These are safe in the context
22973 of units because all numbers involved can reasonably be assumed to be
22974 real.)
22976 Also, if a unit name is raised to a fractional power, and the
22977 base units in that unit name all occur to powers which are a
22978 multiple of the denominator of the power, then the unit name
22979 is expanded out into its base units, which can then be simplified
22980 according to the previous paragraph.  For example, @samp{acre^1.5}
22981 is simplified by noting that @expr{1.5 = 3:2}, that @samp{acre}
22982 is defined in terms of @samp{m^2}, and that the 2 in the power of
22983 @code{m} is a multiple of 2 in @expr{3:2}.  Thus, @code{acre^1.5} is
22984 replaced by approximately 
22985 @texline @math{(4046 m^2)^{1.5}}
22986 @infoline @expr{(4046 m^2)^1.5}, 
22987 which is then changed to 
22988 @texline @math{4046^{1.5} \, (m^2)^{1.5}},
22989 @infoline @expr{4046^1.5 (m^2)^1.5}, 
22990 then to @expr{257440 m^3}.
22992 The functions @code{float}, @code{frac}, @code{clean}, @code{abs},
22993 as well as @code{floor} and the other integer truncation functions,
22994 applied to unit names or products or quotients involving units, are
22995 simplified.  For example, @samp{round(1.6 in)} is changed to
22996 @samp{round(1.6) round(in)}; the lefthand term evaluates to 2,
22997 and the righthand term simplifies to @code{in}.
22999 The functions @code{sin}, @code{cos}, and @code{tan} with arguments
23000 that have angular units like @code{rad} or @code{arcmin} are
23001 simplified by converting to base units (radians), then evaluating
23002 with the angular mode temporarily set to radians.
23004 @node Polynomials, Calculus, Simplifying Formulas, Algebra
23005 @section Polynomials
23007 A @dfn{polynomial} is a sum of terms which are coefficients times
23008 various powers of a ``base'' variable.  For example, @expr{2 x^2 + 3 x - 4}
23009 is a polynomial in @expr{x}.  Some formulas can be considered
23010 polynomials in several different variables:  @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2}
23011 is a polynomial in both @expr{x} and @expr{y}.  Polynomial coefficients
23012 are often numbers, but they may in general be any formulas not
23013 involving the base variable.
23015 @kindex a f
23016 @pindex calc-factor
23017 @tindex factor
23018 The @kbd{a f} (@code{calc-factor}) [@code{factor}] command factors a
23019 polynomial into a product of terms.  For example, the polynomial
23020 @expr{x^3 + 2 x^2 + x} is factored into @samp{x*(x+1)^2}.  As another
23021 example, @expr{a c + b d + b c + a d} is factored into the product
23022 @expr{(a + b) (c + d)}.
23024 Calc currently has three algorithms for factoring.  Formulas which are
23025 linear in several variables, such as the second example above, are
23026 merged according to the distributive law.  Formulas which are
23027 polynomials in a single variable, with constant integer or fractional
23028 coefficients, are factored into irreducible linear and/or quadratic
23029 terms.  The first example above factors into three linear terms
23030 (@expr{x}, @expr{x+1}, and @expr{x+1} again).  Finally, formulas
23031 which do not fit the above criteria are handled by the algebraic
23032 rewrite mechanism.
23034 Calc's polynomial factorization algorithm works by using the general
23035 root-finding command (@w{@kbd{a P}}) to solve for the roots of the
23036 polynomial.  It then looks for roots which are rational numbers
23037 or complex-conjugate pairs, and converts these into linear and
23038 quadratic terms, respectively.  Because it uses floating-point
23039 arithmetic, it may be unable to find terms that involve large
23040 integers (whose number of digits approaches the current precision).
23041 Also, irreducible factors of degree higher than quadratic are not
23042 found, and polynomials in more than one variable are not treated.
23043 (A more robust factorization algorithm may be included in a future
23044 version of Calc.)
23046 @vindex FactorRules
23047 @ignore
23048 @starindex
23049 @end ignore
23050 @tindex thecoefs
23051 @ignore
23052 @starindex
23053 @end ignore
23054 @ignore
23055 @mindex @idots
23056 @end ignore
23057 @tindex thefactors
23058 The rewrite-based factorization method uses rules stored in the variable
23059 @code{FactorRules}.  @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of the
23060 operation of rewrite rules.  The default @code{FactorRules} are able
23061 to factor quadratic forms symbolically into two linear terms,
23062 @expr{(a x + b) (c x + d)}.  You can edit these rules to include other
23063 cases if you wish.  To use the rules, Calc builds the formula
23064 @samp{thecoefs(x, [a, b, c, ...])} where @code{x} is the polynomial
23065 base variable and @code{a}, @code{b}, etc., are polynomial coefficients
23066 (which may be numbers or formulas).  The constant term is written first,
23067 i.e., in the @code{a} position.  When the rules complete, they should have
23068 changed the formula into the form @samp{thefactors(x, [f1, f2, f3, ...])}
23069 where each @code{fi} should be a factored term, e.g., @samp{x - ai}.
23070 Calc then multiplies these terms together to get the complete
23071 factored form of the polynomial.  If the rules do not change the
23072 @code{thecoefs} call to a @code{thefactors} call, @kbd{a f} leaves the
23073 polynomial alone on the assumption that it is unfactorable.  (Note that
23074 the function names @code{thecoefs} and @code{thefactors} are used only
23075 as placeholders; there are no actual Calc functions by those names.)
23077 @kindex H a f
23078 @tindex factors
23079 The @kbd{H a f} [@code{factors}] command also factors a polynomial,
23080 but it returns a list of factors instead of an expression which is the
23081 product of the factors.  Each factor is represented by a sub-vector
23082 of the factor, and the power with which it appears.  For example,
23083 @expr{x^5 + x^4 - 33 x^3 + 63 x^2} factors to @expr{(x + 7) x^2 (x - 3)^2}
23084 in @kbd{a f}, or to @expr{[ [x, 2], [x+7, 1], [x-3, 2] ]} in @kbd{H a f}.
23085 If there is an overall numeric factor, it always comes first in the list.
23086 The functions @code{factor} and @code{factors} allow a second argument
23087 when written in algebraic form; @samp{factor(x,v)} factors @expr{x} with
23088 respect to the specific variable @expr{v}.  The default is to factor with
23089 respect to all the variables that appear in @expr{x}.
23091 @kindex a c
23092 @pindex calc-collect
23093 @tindex collect
23094 The @kbd{a c} (@code{calc-collect}) [@code{collect}] command rearranges a
23095 formula as a
23096 polynomial in a given variable, ordered in decreasing powers of that
23097 variable.  For example, given @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2} on
23098 the stack, @kbd{a c x} would produce @expr{(2 + 4 y^2) x + (1 + 3 y)},
23099 and @kbd{a c y} would produce @expr{(4 x) y^2 + 3 y + (1 + 2 x)}.
23100 The polynomial will be expanded out using the distributive law as
23101 necessary:  Collecting @expr{x} in @expr{(x - 1)^3} produces
23102 @expr{x^3 - 3 x^2 + 3 x - 1}.  Terms not involving @expr{x} will
23103 not be expanded.
23105 The ``variable'' you specify at the prompt can actually be any
23106 expression: @kbd{a c ln(x+1)} will collect together all terms multiplied
23107 by @samp{ln(x+1)} or integer powers thereof.  If @samp{x} also appears
23108 in the formula in a context other than @samp{ln(x+1)}, @kbd{a c} will
23109 treat those occurrences as unrelated to @samp{ln(x+1)}, i.e., as constants.
23111 @kindex a x
23112 @pindex calc-expand
23113 @tindex expand
23114 The @kbd{a x} (@code{calc-expand}) [@code{expand}] command expands an
23115 expression by applying the distributive law everywhere.  It applies to
23116 products, quotients, and powers involving sums.  By default, it fully
23117 distributes all parts of the expression.  With a numeric prefix argument,
23118 the distributive law is applied only the specified number of times, then
23119 the partially expanded expression is left on the stack.
23121 The @kbd{a x} and @kbd{j D} commands are somewhat redundant.  Use
23122 @kbd{a x} if you want to expand all products of sums in your formula.
23123 Use @kbd{j D} if you want to expand a particular specified term of
23124 the formula.  There is an exactly analogous correspondence between
23125 @kbd{a f} and @kbd{j M}.  (The @kbd{j D} and @kbd{j M} commands
23126 also know many other kinds of expansions, such as
23127 @samp{exp(a + b) = exp(a) exp(b)}, which @kbd{a x} and @kbd{a f}
23128 do not do.)
23130 Calc's automatic simplifications will sometimes reverse a partial
23131 expansion.  For example, the first step in expanding @expr{(x+1)^3} is
23132 to write @expr{(x+1) (x+1)^2}.  If @kbd{a x} stops there and tries
23133 to put this formula onto the stack, though, Calc will automatically
23134 simplify it back to @expr{(x+1)^3} form.  The solution is to turn
23135 simplification off first (@pxref{Simplification Modes}), or to run
23136 @kbd{a x} without a numeric prefix argument so that it expands all
23137 the way in one step.
23139 @kindex a a
23140 @pindex calc-apart
23141 @tindex apart
23142 The @kbd{a a} (@code{calc-apart}) [@code{apart}] command expands a
23143 rational function by partial fractions.  A rational function is the
23144 quotient of two polynomials; @code{apart} pulls this apart into a
23145 sum of rational functions with simple denominators.  In algebraic
23146 notation, the @code{apart} function allows a second argument that
23147 specifies which variable to use as the ``base''; by default, Calc
23148 chooses the base variable automatically.
23150 @kindex a n
23151 @pindex calc-normalize-rat
23152 @tindex nrat
23153 The @kbd{a n} (@code{calc-normalize-rat}) [@code{nrat}] command
23154 attempts to arrange a formula into a quotient of two polynomials.
23155 For example, given @expr{1 + (a + b/c) / d}, the result would be
23156 @expr{(b + a c + c d) / c d}.  The quotient is reduced, so that
23157 @kbd{a n} will simplify @expr{(x^2 + 2x + 1) / (x^2 - 1)} by dividing
23158 out the common factor @expr{x + 1}, yielding @expr{(x + 1) / (x - 1)}.
23160 @kindex a \
23161 @pindex calc-poly-div
23162 @tindex pdiv
23163 The @kbd{a \} (@code{calc-poly-div}) [@code{pdiv}] command divides
23164 two polynomials @expr{u} and @expr{v}, yielding a new polynomial
23165 @expr{q}.  If several variables occur in the inputs, the inputs are
23166 considered multivariate polynomials.  (Calc divides by the variable
23167 with the largest power in @expr{u} first, or, in the case of equal
23168 powers, chooses the variables in alphabetical order.)  For example,
23169 dividing @expr{x^2 + 3 x + 2} by @expr{x + 2} yields @expr{x + 1}.
23170 The remainder from the division, if any, is reported at the bottom
23171 of the screen and is also placed in the Trail along with the quotient.
23173 Using @code{pdiv} in algebraic notation, you can specify the particular
23174 variable to be used as the base: @code{pdiv(@var{a},@var{b},@var{x})}.
23175 If @code{pdiv} is given only two arguments (as is always the case with
23176 the @kbd{a \} command), then it does a multivariate division as outlined
23177 above.
23179 @kindex a %
23180 @pindex calc-poly-rem
23181 @tindex prem
23182 The @kbd{a %} (@code{calc-poly-rem}) [@code{prem}] command divides
23183 two polynomials and keeps the remainder @expr{r}.  The quotient
23184 @expr{q} is discarded.  For any formulas @expr{a} and @expr{b}, the
23185 results of @kbd{a \} and @kbd{a %} satisfy @expr{a = q b + r}.
23186 (This is analogous to plain @kbd{\} and @kbd{%}, which compute the
23187 integer quotient and remainder from dividing two numbers.)
23189 @kindex a /
23190 @kindex H a /
23191 @pindex calc-poly-div-rem
23192 @tindex pdivrem
23193 @tindex pdivide
23194 The @kbd{a /} (@code{calc-poly-div-rem}) [@code{pdivrem}] command
23195 divides two polynomials and reports both the quotient and the
23196 remainder as a vector @expr{[q, r]}.  The @kbd{H a /} [@code{pdivide}]
23197 command divides two polynomials and constructs the formula
23198 @expr{q + r/b} on the stack.  (Naturally if the remainder is zero,
23199 this will immediately simplify to @expr{q}.)
23201 @kindex a g
23202 @pindex calc-poly-gcd
23203 @tindex pgcd
23204 The @kbd{a g} (@code{calc-poly-gcd}) [@code{pgcd}] command computes
23205 the greatest common divisor of two polynomials.  (The GCD actually
23206 is unique only to within a constant multiplier; Calc attempts to
23207 choose a GCD which will be unsurprising.)  For example, the @kbd{a n}
23208 command uses @kbd{a g} to take the GCD of the numerator and denominator
23209 of a quotient, then divides each by the result using @kbd{a \}.  (The
23210 definition of GCD ensures that this division can take place without
23211 leaving a remainder.)
23213 While the polynomials used in operations like @kbd{a /} and @kbd{a g}
23214 often have integer coefficients, this is not required.  Calc can also
23215 deal with polynomials over the rationals or floating-point reals.
23216 Polynomials with modulo-form coefficients are also useful in many
23217 applications; if you enter @samp{(x^2 + 3 x - 1) mod 5}, Calc
23218 automatically transforms this into a polynomial over the field of
23219 integers mod 5:  @samp{(1 mod 5) x^2 + (3 mod 5) x + (4 mod 5)}.
23221 Congratulations and thanks go to Ove Ewerlid
23222 (@code{ewerlid@@mizar.DoCS.UU.SE}), who contributed many of the
23223 polynomial routines used in the above commands.
23225 @xref{Decomposing Polynomials}, for several useful functions for
23226 extracting the individual coefficients of a polynomial.
23228 @node Calculus, Solving Equations, Polynomials, Algebra
23229 @section Calculus
23231 @noindent
23232 The following calculus commands do not automatically simplify their
23233 inputs or outputs using @code{calc-simplify}.  You may find it helps
23234 to do this by hand by typing @kbd{a s} or @kbd{a e}.  It may also help
23235 to use @kbd{a x} and/or @kbd{a c} to arrange a result in the most
23236 readable way.
23238 @menu
23239 * Differentiation::
23240 * Integration::
23241 * Customizing the Integrator::
23242 * Numerical Integration::
23243 * Taylor Series::
23244 @end menu
23246 @node Differentiation, Integration, Calculus, Calculus
23247 @subsection Differentiation
23249 @noindent
23250 @kindex a d
23251 @kindex H a d
23252 @pindex calc-derivative
23253 @tindex deriv
23254 @tindex tderiv
23255 The @kbd{a d} (@code{calc-derivative}) [@code{deriv}] command computes
23256 the derivative of the expression on the top of the stack with respect to
23257 some variable, which it will prompt you to enter.  Normally, variables
23258 in the formula other than the specified differentiation variable are
23259 considered constant, i.e., @samp{deriv(y,x)} is reduced to zero.  With
23260 the Hyperbolic flag, the @code{tderiv} (total derivative) operation is used
23261 instead, in which derivatives of variables are not reduced to zero
23262 unless those variables are known to be ``constant,'' i.e., independent
23263 of any other variables.  (The built-in special variables like @code{pi}
23264 are considered constant, as are variables that have been declared
23265 @code{const}; @pxref{Declarations}.)
23267 With a numeric prefix argument @var{n}, this command computes the
23268 @var{n}th derivative.
23270 When working with trigonometric functions, it is best to switch to
23271 Radians mode first (with @w{@kbd{m r}}).  The derivative of @samp{sin(x)}
23272 in degrees is @samp{(pi/180) cos(x)}, probably not the expected
23273 answer!
23275 If you use the @code{deriv} function directly in an algebraic formula,
23276 you can write @samp{deriv(f,x,x0)} which represents the derivative
23277 of @expr{f} with respect to @expr{x}, evaluated at the point 
23278 @texline @math{x=x_0}.
23279 @infoline @expr{x=x0}.
23281 If the formula being differentiated contains functions which Calc does
23282 not know, the derivatives of those functions are produced by adding
23283 primes (apostrophe characters).  For example, @samp{deriv(f(2x), x)}
23284 produces @samp{2 f'(2 x)}, where the function @code{f'} represents the
23285 derivative of @code{f}.
23287 For functions you have defined with the @kbd{Z F} command, Calc expands
23288 the functions according to their defining formulas unless you have
23289 also defined @code{f'} suitably.  For example, suppose we define
23290 @samp{sinc(x) = sin(x)/x} using @kbd{Z F}.  If we then differentiate
23291 the formula @samp{sinc(2 x)}, the formula will be expanded to
23292 @samp{sin(2 x) / (2 x)} and differentiated.  However, if we also
23293 define @samp{sinc'(x) = dsinc(x)}, say, then Calc will write the
23294 result as @samp{2 dsinc(2 x)}.  @xref{Algebraic Definitions}.
23296 For multi-argument functions @samp{f(x,y,z)}, the derivative with respect
23297 to the first argument is written @samp{f'(x,y,z)}; derivatives with
23298 respect to the other arguments are @samp{f'2(x,y,z)} and @samp{f'3(x,y,z)}.
23299 Various higher-order derivatives can be formed in the obvious way, e.g.,
23300 @samp{f'@var{}'(x)} (the second derivative of @code{f}) or
23301 @samp{f'@var{}'2'3(x,y,z)} (@code{f} differentiated with respect to each
23302 argument once).
23304 @node Integration, Customizing the Integrator, Differentiation, Calculus
23305 @subsection Integration
23307 @noindent
23308 @kindex a i
23309 @pindex calc-integral
23310 @tindex integ
23311 The @kbd{a i} (@code{calc-integral}) [@code{integ}] command computes the
23312 indefinite integral of the expression on the top of the stack with
23313 respect to a variable.  The integrator is not guaranteed to work for
23314 all integrable functions, but it is able to integrate several large
23315 classes of formulas.  In particular, any polynomial or rational function
23316 (a polynomial divided by a polynomial) is acceptable.  (Rational functions
23317 don't have to be in explicit quotient form, however; 
23318 @texline @math{x/(1+x^{-2})}
23319 @infoline @expr{x/(1+x^-2)}
23320 is not strictly a quotient of polynomials, but it is equivalent to
23321 @expr{x^3/(x^2+1)}, which is.)  Also, square roots of terms involving
23322 @expr{x} and @expr{x^2} may appear in rational functions being
23323 integrated.  Finally, rational functions involving trigonometric or
23324 hyperbolic functions can be integrated.
23326 @ifinfo
23327 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23328 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23329 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23330 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23331 integral from @code{a} to @code{b}.
23332 @end ifinfo
23333 @tex
23334 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23335 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23336 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23337 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23338 integral $\int_a^b f(x) \, dx$.
23339 @end tex
23341 Please note that the current implementation of Calc's integrator sometimes
23342 produces results that are significantly more complex than they need to
23343 be.  For example, the integral Calc finds for 
23344 @texline @math{1/(x+\sqrt{x^2+1})}
23345 @infoline @expr{1/(x+sqrt(x^2+1))}
23346 is several times more complicated than the answer Mathematica
23347 returns for the same input, although the two forms are numerically
23348 equivalent.  Also, any indefinite integral should be considered to have
23349 an arbitrary constant of integration added to it, although Calc does not
23350 write an explicit constant of integration in its result.  For example,
23351 Calc's solution for 
23352 @texline @math{1/(1+\tan x)}
23353 @infoline @expr{1/(1+tan(x))} 
23354 differs from the solution given in the @emph{CRC Math Tables} by a
23355 constant factor of  
23356 @texline @math{\pi i / 2}
23357 @infoline @expr{pi i / 2},
23358 due to a different choice of constant of integration.
23360 The Calculator remembers all the integrals it has done.  If conditions
23361 change in a way that would invalidate the old integrals, say, a switch
23362 from Degrees to Radians mode, then they will be thrown out.  If you
23363 suspect this is not happening when it should, use the
23364 @code{calc-flush-caches} command; @pxref{Caches}.
23366 @vindex IntegLimit
23367 Calc normally will pursue integration by substitution or integration by
23368 parts up to 3 nested times before abandoning an approach as fruitless.
23369 If the integrator is taking too long, you can lower this limit by storing
23370 a number (like 2) in the variable @code{IntegLimit}.  (The @kbd{s I}
23371 command is a convenient way to edit @code{IntegLimit}.)  If this variable
23372 has no stored value or does not contain a nonnegative integer, a limit
23373 of 3 is used.  The lower this limit is, the greater the chance that Calc
23374 will be unable to integrate a function it could otherwise handle.  Raising
23375 this limit allows the Calculator to solve more integrals, though the time
23376 it takes may grow exponentially.  You can monitor the integrator's actions
23377 by creating an Emacs buffer called @code{*Trace*}.  If such a buffer
23378 exists, the @kbd{a i} command will write a log of its actions there.
23380 If you want to manipulate integrals in a purely symbolic way, you can
23381 set the integration nesting limit to 0 to prevent all but fast
23382 table-lookup solutions of integrals.  You might then wish to define
23383 rewrite rules for integration by parts, various kinds of substitutions,
23384 and so on.  @xref{Rewrite Rules}.
23386 @node Customizing the Integrator, Numerical Integration, Integration, Calculus
23387 @subsection Customizing the Integrator
23389 @noindent
23390 @vindex IntegRules
23391 Calc has two built-in rewrite rules called @code{IntegRules} and
23392 @code{IntegAfterRules} which you can edit to define new integration
23393 methods.  @xref{Rewrite Rules}.  At each step of the integration process,
23394 Calc wraps the current integrand in a call to the fictitious function
23395 @samp{integtry(@var{expr},@var{var})}, where @var{expr} is the
23396 integrand and @var{var} is the integration variable.  If your rules
23397 rewrite this to be a plain formula (not a call to @code{integtry}), then
23398 Calc will use this formula as the integral of @var{expr}.  For example,
23399 the rule @samp{integtry(mysin(x),x) := -mycos(x)} would define a rule to
23400 integrate a function @code{mysin} that acts like the sine function.
23401 Then, putting @samp{4 mysin(2y+1)} on the stack and typing @kbd{a i y}
23402 will produce the integral @samp{-2 mycos(2y+1)}.  Note that Calc has
23403 automatically made various transformations on the integral to allow it
23404 to use your rule; integral tables generally give rules for
23405 @samp{mysin(a x + b)}, but you don't need to use this much generality
23406 in your @code{IntegRules}.
23408 @cindex Exponential integral Ei(x)
23409 @ignore
23410 @starindex
23411 @end ignore
23412 @tindex Ei
23413 As a more serious example, the expression @samp{exp(x)/x} cannot be
23414 integrated in terms of the standard functions, so the ``exponential
23415 integral'' function 
23416 @texline @math{{\rm Ei}(x)}
23417 @infoline @expr{Ei(x)} 
23418 was invented to describe it.
23419 We can get Calc to do this integral in terms of a made-up @code{Ei}
23420 function by adding the rule @samp{[integtry(exp(x)/x, x) := Ei(x)]}
23421 to @code{IntegRules}.  Now entering @samp{exp(2x)/x} on the stack
23422 and typing @kbd{a i x} yields @samp{Ei(2 x)}.  This new rule will
23423 work with Calc's various built-in integration methods (such as
23424 integration by substitution) to solve a variety of other problems
23425 involving @code{Ei}:  For example, now Calc will also be able to
23426 integrate @samp{exp(exp(x))} and @samp{ln(ln(x))} (to get @samp{Ei(exp(x))}
23427 and @samp{x ln(ln(x)) - Ei(ln(x))}, respectively).
23429 Your rule may do further integration by calling @code{integ}.  For
23430 example, @samp{integtry(twice(u),x) := twice(integ(u))} allows Calc
23431 to integrate @samp{twice(sin(x))} to get @samp{twice(-cos(x))}.
23432 Note that @code{integ} was called with only one argument.  This notation
23433 is allowed only within @code{IntegRules}; it means ``integrate this
23434 with respect to the same integration variable.''  If Calc is unable
23435 to integrate @code{u}, the integration that invoked @code{IntegRules}
23436 also fails.  Thus integrating @samp{twice(f(x))} fails, returning the
23437 unevaluated integral @samp{integ(twice(f(x)), x)}.  It is still legal
23438 to call @code{integ} with two or more arguments, however; in this case,
23439 if @code{u} is not integrable, @code{twice} itself will still be
23440 integrated:  If the above rule is changed to @samp{... := twice(integ(u,x))},
23441 then integrating @samp{twice(f(x))} will yield @samp{twice(integ(f(x),x))}.
23443 If a rule instead produces the formula @samp{integsubst(@var{sexpr},
23444 @var{svar})}, either replacing the top-level @code{integtry} call or
23445 nested anywhere inside the expression, then Calc will apply the
23446 substitution @samp{@var{u} = @var{sexpr}(@var{svar})} to try to
23447 integrate the original @var{expr}.  For example, the rule
23448 @samp{sqrt(a) := integsubst(sqrt(x),x)} says that if Calc ever finds
23449 a square root in the integrand, it should attempt the substitution
23450 @samp{u = sqrt(x)}.  (This particular rule is unnecessary because
23451 Calc always tries ``obvious'' substitutions where @var{sexpr} actually
23452 appears in the integrand.)  The variable @var{svar} may be the same
23453 as the @var{var} that appeared in the call to @code{integtry}, but
23454 it need not be.
23456 When integrating according to an @code{integsubst}, Calc uses the
23457 equation solver to find the inverse of @var{sexpr} (if the integrand
23458 refers to @var{var} anywhere except in subexpressions that exactly
23459 match @var{sexpr}).  It uses the differentiator to find the derivative
23460 of @var{sexpr} and/or its inverse (it has two methods that use one
23461 derivative or the other).  You can also specify these items by adding
23462 extra arguments to the @code{integsubst} your rules construct; the
23463 general form is @samp{integsubst(@var{sexpr}, @var{svar}, @var{sinv},
23464 @var{sprime})}, where @var{sinv} is the inverse of @var{sexpr} (still
23465 written as a function of @var{svar}), and @var{sprime} is the
23466 derivative of @var{sexpr} with respect to @var{svar}.  If you don't
23467 specify these things, and Calc is not able to work them out on its
23468 own with the information it knows, then your substitution rule will
23469 work only in very specific, simple cases.
23471 Calc applies @code{IntegRules} as if by @kbd{C-u 1 a r IntegRules};
23472 in other words, Calc stops rewriting as soon as any rule in your rule
23473 set succeeds.  (If it weren't for this, the @samp{integsubst(sqrt(x),x)}
23474 example above would keep on adding layers of @code{integsubst} calls
23475 forever!)
23477 @vindex IntegSimpRules
23478 Another set of rules, stored in @code{IntegSimpRules}, are applied
23479 every time the integrator uses @kbd{a s} to simplify an intermediate
23480 result.  For example, putting the rule @samp{twice(x) := 2 x} into
23481 @code{IntegSimpRules} would tell Calc to convert the @code{twice}
23482 function into a form it knows whenever integration is attempted.
23484 One more way to influence the integrator is to define a function with
23485 the @kbd{Z F} command (@pxref{Algebraic Definitions}).  Calc's
23486 integrator automatically expands such functions according to their
23487 defining formulas, even if you originally asked for the function to
23488 be left unevaluated for symbolic arguments.  (Certain other Calc
23489 systems, such as the differentiator and the equation solver, also
23490 do this.)
23492 @vindex IntegAfterRules
23493 Sometimes Calc is able to find a solution to your integral, but it
23494 expresses the result in a way that is unnecessarily complicated.  If
23495 this happens, you can either use @code{integsubst} as described
23496 above to try to hint at a more direct path to the desired result, or
23497 you can use @code{IntegAfterRules}.  This is an extra rule set that
23498 runs after the main integrator returns its result; basically, Calc does
23499 an @kbd{a r IntegAfterRules} on the result before showing it to you.
23500 (It also does an @kbd{a s}, without @code{IntegSimpRules}, after that
23501 to further simplify the result.)  For example, Calc's integrator
23502 sometimes produces expressions of the form @samp{ln(1+x) - ln(1-x)};
23503 the default @code{IntegAfterRules} rewrite this into the more readable
23504 form @samp{2 arctanh(x)}.  Note that, unlike @code{IntegRules},
23505 @code{IntegSimpRules} and @code{IntegAfterRules} are applied any number
23506 of times until no further changes are possible.  Rewriting by
23507 @code{IntegAfterRules} occurs only after the main integrator has
23508 finished, not at every step as for @code{IntegRules} and
23509 @code{IntegSimpRules}.
23511 @node Numerical Integration, Taylor Series, Customizing the Integrator, Calculus
23512 @subsection Numerical Integration
23514 @noindent
23515 @kindex a I
23516 @pindex calc-num-integral
23517 @tindex ninteg
23518 If you want a purely numerical answer to an integration problem, you can
23519 use the @kbd{a I} (@code{calc-num-integral}) [@code{ninteg}] command.  This
23520 command prompts for an integration variable, a lower limit, and an
23521 upper limit.  Except for the integration variable, all other variables
23522 that appear in the integrand formula must have stored values.  (A stored
23523 value, if any, for the integration variable itself is ignored.)
23525 Numerical integration works by evaluating your formula at many points in
23526 the specified interval.  Calc uses an ``open Romberg'' method; this means
23527 that it does not evaluate the formula actually at the endpoints (so that
23528 it is safe to integrate @samp{sin(x)/x} from zero, for example).  Also,
23529 the Romberg method works especially well when the function being
23530 integrated is fairly smooth.  If the function is not smooth, Calc will
23531 have to evaluate it at quite a few points before it can accurately
23532 determine the value of the integral.
23534 Integration is much faster when the current precision is small.  It is
23535 best to set the precision to the smallest acceptable number of digits
23536 before you use @kbd{a I}.  If Calc appears to be taking too long, press
23537 @kbd{C-g} to halt it and try a lower precision.  If Calc still appears
23538 to need hundreds of evaluations, check to make sure your function is
23539 well-behaved in the specified interval.
23541 It is possible for the lower integration limit to be @samp{-inf} (minus
23542 infinity).  Likewise, the upper limit may be plus infinity.  Calc
23543 internally transforms the integral into an equivalent one with finite
23544 limits.  However, integration to or across singularities is not supported:
23545 The integral of @samp{1/sqrt(x)} from 0 to 1 exists (it can be found
23546 by Calc's symbolic integrator, for example), but @kbd{a I} will fail
23547 because the integrand goes to infinity at one of the endpoints.
23549 @node Taylor Series, , Numerical Integration, Calculus
23550 @subsection Taylor Series
23552 @noindent
23553 @kindex a t
23554 @pindex calc-taylor
23555 @tindex taylor
23556 The @kbd{a t} (@code{calc-taylor}) [@code{taylor}] command computes a
23557 power series expansion or Taylor series of a function.  You specify the
23558 variable and the desired number of terms.  You may give an expression of
23559 the form @samp{@var{var} = @var{a}} or @samp{@var{var} - @var{a}} instead
23560 of just a variable to produce a Taylor expansion about the point @var{a}.
23561 You may specify the number of terms with a numeric prefix argument;
23562 otherwise the command will prompt you for the number of terms.  Note that
23563 many series expansions have coefficients of zero for some terms, so you
23564 may appear to get fewer terms than you asked for.
23566 If the @kbd{a i} command is unable to find a symbolic integral for a
23567 function, you can get an approximation by integrating the function's
23568 Taylor series.
23570 @node Solving Equations, Numerical Solutions, Calculus, Algebra
23571 @section Solving Equations
23573 @noindent
23574 @kindex a S
23575 @pindex calc-solve-for
23576 @tindex solve
23577 @cindex Equations, solving
23578 @cindex Solving equations
23579 The @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) [@code{solve}] command rearranges
23580 an equation to solve for a specific variable.  An equation is an
23581 expression of the form @expr{L = R}.  For example, the command @kbd{a S x}
23582 will rearrange @expr{y = 3x + 6} to the form, @expr{x = y/3 - 2}.  If the
23583 input is not an equation, it is treated like an equation of the
23584 form @expr{X = 0}.
23586 This command also works for inequalities, as in @expr{y < 3x + 6}.
23587 Some inequalities cannot be solved where the analogous equation could
23588 be; for example, solving 
23589 @texline @math{a < b \, c}
23590 @infoline @expr{a < b c} 
23591 for @expr{b} is impossible
23592 without knowing the sign of @expr{c}.  In this case, @kbd{a S} will
23593 produce the result 
23594 @texline @math{b \mathbin{\hbox{\code{!=}}} a/c}
23595 @infoline @expr{b != a/c} 
23596 (using the not-equal-to operator) to signify that the direction of the
23597 inequality is now unknown.  The inequality 
23598 @texline @math{a \le b \, c}
23599 @infoline @expr{a <= b c} 
23600 is not even partially solved.  @xref{Declarations}, for a way to tell
23601 Calc that the signs of the variables in a formula are in fact known.
23603 Two useful commands for working with the result of @kbd{a S} are
23604 @kbd{a .} (@pxref{Logical Operations}), which converts @expr{x = y/3 - 2}
23605 to @expr{y/3 - 2}, and @kbd{s l} (@pxref{Let Command}) which evaluates
23606 another formula with @expr{x} set equal to @expr{y/3 - 2}.
23608 @menu
23609 * Multiple Solutions::
23610 * Solving Systems of Equations::
23611 * Decomposing Polynomials::
23612 @end menu
23614 @node Multiple Solutions, Solving Systems of Equations, Solving Equations, Solving Equations
23615 @subsection Multiple Solutions
23617 @noindent
23618 @kindex H a S
23619 @tindex fsolve
23620 Some equations have more than one solution.  The Hyperbolic flag
23621 (@code{H a S}) [@code{fsolve}] tells the solver to report the fully
23622 general family of solutions.  It will invent variables @code{n1},
23623 @code{n2}, @dots{}, which represent independent arbitrary integers, and
23624 @code{s1}, @code{s2}, @dots{}, which represent independent arbitrary
23625 signs (either @mathit{+1} or @mathit{-1}).  If you don't use the Hyperbolic
23626 flag, Calc will use zero in place of all arbitrary integers, and plus
23627 one in place of all arbitrary signs.  Note that variables like @code{n1}
23628 and @code{s1} are not given any special interpretation in Calc except by
23629 the equation solver itself.  As usual, you can use the @w{@kbd{s l}}
23630 (@code{calc-let}) command to obtain solutions for various actual values
23631 of these variables.
23633 For example, @kbd{' x^2 = y @key{RET} H a S x @key{RET}} solves to
23634 get @samp{x = s1 sqrt(y)}, indicating that the two solutions to the
23635 equation are @samp{sqrt(y)} and @samp{-sqrt(y)}.  Another way to
23636 think about it is that the square-root operation is really a
23637 two-valued function; since every Calc function must return a
23638 single result, @code{sqrt} chooses to return the positive result.
23639 Then @kbd{H a S} doctors this result using @code{s1} to indicate
23640 the full set of possible values of the mathematical square-root.
23642 There is a similar phenomenon going the other direction:  Suppose
23643 we solve @samp{sqrt(y) = x} for @code{y}.  Calc squares both sides
23644 to get @samp{y = x^2}.  This is correct, except that it introduces
23645 some dubious solutions.  Consider solving @samp{sqrt(y) = -3}:
23646 Calc will report @expr{y = 9} as a valid solution, which is true
23647 in the mathematical sense of square-root, but false (there is no
23648 solution) for the actual Calc positive-valued @code{sqrt}.  This
23649 happens for both @kbd{a S} and @kbd{H a S}.
23651 @cindex @code{GenCount} variable
23652 @vindex GenCount
23653 @ignore
23654 @starindex
23655 @end ignore
23656 @tindex an
23657 @ignore
23658 @starindex
23659 @end ignore
23660 @tindex as
23661 If you store a positive integer in the Calc variable @code{GenCount},
23662 then Calc will generate formulas of the form @samp{as(@var{n})} for
23663 arbitrary signs, and @samp{an(@var{n})} for arbitrary integers,
23664 where @var{n} represents successive values taken by incrementing
23665 @code{GenCount} by one.  While the normal arbitrary sign and
23666 integer symbols start over at @code{s1} and @code{n1} with each
23667 new Calc command, the @code{GenCount} approach will give each
23668 arbitrary value a name that is unique throughout the entire Calc
23669 session.  Also, the arbitrary values are function calls instead
23670 of variables, which is advantageous in some cases.  For example,
23671 you can make a rewrite rule that recognizes all arbitrary signs
23672 using a pattern like @samp{as(n)}.  The @kbd{s l} command only works
23673 on variables, but you can use the @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
23674 command to substitute actual values for function calls like @samp{as(3)}.
23676 The @kbd{s G} (@code{calc-edit-GenCount}) command is a convenient
23677 way to create or edit this variable.  Press @kbd{C-c C-c} to finish.
23679 If you have not stored a value in @code{GenCount}, or if the value
23680 in that variable is not a positive integer, the regular
23681 @code{s1}/@code{n1} notation is used.
23683 @kindex I a S
23684 @kindex H I a S
23685 @tindex finv
23686 @tindex ffinv
23687 With the Inverse flag, @kbd{I a S} [@code{finv}] treats the expression
23688 on top of the stack as a function of the specified variable and solves
23689 to find the inverse function, written in terms of the same variable.
23690 For example, @kbd{I a S x} inverts @expr{2x + 6} to @expr{x/2 - 3}.
23691 You can use both Inverse and Hyperbolic [@code{ffinv}] to obtain a
23692 fully general inverse, as described above.
23694 @kindex a P
23695 @pindex calc-poly-roots
23696 @tindex roots
23697 Some equations, specifically polynomials, have a known, finite number
23698 of solutions.  The @kbd{a P} (@code{calc-poly-roots}) [@code{roots}]
23699 command uses @kbd{H a S} to solve an equation in general form, then, for
23700 all arbitrary-sign variables like @code{s1}, and all arbitrary-integer
23701 variables like @code{n1} for which @code{n1} only usefully varies over
23702 a finite range, it expands these variables out to all their possible
23703 values.  The results are collected into a vector, which is returned.
23704 For example, @samp{roots(x^4 = 1, x)} returns the four solutions
23705 @samp{[1, -1, (0, 1), (0, -1)]}.  Generally an @var{n}th degree
23706 polynomial will always have @var{n} roots on the complex plane.
23707 (If you have given a @code{real} declaration for the solution
23708 variable, then only the real-valued solutions, if any, will be
23709 reported; @pxref{Declarations}.)
23711 Note that because @kbd{a P} uses @kbd{H a S}, it is able to deliver
23712 symbolic solutions if the polynomial has symbolic coefficients.  Also
23713 note that Calc's solver is not able to get exact symbolic solutions
23714 to all polynomials.  Polynomials containing powers up to @expr{x^4}
23715 can always be solved exactly; polynomials of higher degree sometimes
23716 can be:  @expr{x^6 + x^3 + 1} is converted to @expr{(x^3)^2 + (x^3) + 1},
23717 which can be solved for @expr{x^3} using the quadratic equation, and then
23718 for @expr{x} by taking cube roots.  But in many cases, like
23719 @expr{x^6 + x + 1}, Calc does not know how to rewrite the polynomial
23720 into a form it can solve.  The @kbd{a P} command can still deliver a
23721 list of numerical roots, however, provided that Symbolic mode (@kbd{m s})
23722 is not turned on.  (If you work with Symbolic mode on, recall that the
23723 @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) key is a handy way to reevaluate the
23724 formula on the stack with Symbolic mode temporarily off.)  Naturally,
23725 @kbd{a P} can only provide numerical roots if the polynomial coefficients
23726 are all numbers (real or complex).
23728 @node Solving Systems of Equations, Decomposing Polynomials, Multiple Solutions, Solving Equations
23729 @subsection Solving Systems of Equations
23731 @noindent
23732 @cindex Systems of equations, symbolic
23733 You can also use the commands described above to solve systems of
23734 simultaneous equations.  Just create a vector of equations, then
23735 specify a vector of variables for which to solve.  (You can omit
23736 the surrounding brackets when entering the vector of variables
23737 at the prompt.)
23739 For example, putting @samp{[x + y = a, x - y = b]} on the stack
23740 and typing @kbd{a S x,y @key{RET}} produces the vector of solutions
23741 @samp{[x = a - (a-b)/2, y = (a-b)/2]}.  The result vector will
23742 have the same length as the variables vector, and the variables
23743 will be listed in the same order there.  Note that the solutions
23744 are not always simplified as far as possible; the solution for
23745 @expr{x} here could be improved by an application of the @kbd{a n}
23746 command.
23748 Calc's algorithm works by trying to eliminate one variable at a
23749 time by solving one of the equations for that variable and then
23750 substituting into the other equations.  Calc will try all the
23751 possibilities, but you can speed things up by noting that Calc
23752 first tries to eliminate the first variable with the first
23753 equation, then the second variable with the second equation,
23754 and so on.  It also helps to put the simpler (e.g., more linear)
23755 equations toward the front of the list.  Calc's algorithm will
23756 solve any system of linear equations, and also many kinds of
23757 nonlinear systems.
23759 @ignore
23760 @starindex
23761 @end ignore
23762 @tindex elim
23763 Normally there will be as many variables as equations.  If you
23764 give fewer variables than equations (an ``over-determined'' system
23765 of equations), Calc will find a partial solution.  For example,
23766 typing @kbd{a S y @key{RET}} with the above system of equations
23767 would produce @samp{[y = a - x]}.  There are now several ways to
23768 express this solution in terms of the original variables; Calc uses
23769 the first one that it finds.  You can control the choice by adding
23770 variable specifiers of the form @samp{elim(@var{v})} to the
23771 variables list.  This says that @var{v} should be eliminated from
23772 the equations; the variable will not appear at all in the solution.
23773 For example, typing @kbd{a S y,elim(x)} would yield
23774 @samp{[y = a - (b+a)/2]}.
23776 If the variables list contains only @code{elim} specifiers,
23777 Calc simply eliminates those variables from the equations
23778 and then returns the resulting set of equations.  For example,
23779 @kbd{a S elim(x)} produces @samp{[a - 2 y = b]}.  Every variable
23780 eliminated will reduce the number of equations in the system
23781 by one.
23783 Again, @kbd{a S} gives you one solution to the system of
23784 equations.  If there are several solutions, you can use @kbd{H a S}
23785 to get a general family of solutions, or, if there is a finite
23786 number of solutions, you can use @kbd{a P} to get a list.  (In
23787 the latter case, the result will take the form of a matrix where
23788 the rows are different solutions and the columns correspond to the
23789 variables you requested.)
23791 Another way to deal with certain kinds of overdetermined systems of
23792 equations is the @kbd{a F} command, which does least-squares fitting
23793 to satisfy the equations.  @xref{Curve Fitting}.
23795 @node Decomposing Polynomials, , Solving Systems of Equations, Solving Equations
23796 @subsection Decomposing Polynomials
23798 @noindent
23799 @ignore
23800 @starindex
23801 @end ignore
23802 @tindex poly
23803 The @code{poly} function takes a polynomial and a variable as
23804 arguments, and returns a vector of polynomial coefficients (constant
23805 coefficient first).  For example, @samp{poly(x^3 + 2 x, x)} returns
23806 @expr{[0, 2, 0, 1]}.  If the input is not a polynomial in @expr{x},
23807 the call to @code{poly} is left in symbolic form.  If the input does
23808 not involve the variable @expr{x}, the input is returned in a list
23809 of length one, representing a polynomial with only a constant
23810 coefficient.  The call @samp{poly(x, x)} returns the vector @expr{[0, 1]}.
23811 The last element of the returned vector is guaranteed to be nonzero;
23812 note that @samp{poly(0, x)} returns the empty vector @expr{[]}.
23813 Note also that @expr{x} may actually be any formula; for example,
23814 @samp{poly(sin(x)^2 - sin(x) + 3, sin(x))} returns @expr{[3, -1, 1]}.
23816 @cindex Coefficients of polynomial
23817 @cindex Degree of polynomial
23818 To get the @expr{x^k} coefficient of polynomial @expr{p}, use
23819 @samp{poly(p, x)_(k+1)}.  To get the degree of polynomial @expr{p},
23820 use @samp{vlen(poly(p, x)) - 1}.  For example, @samp{poly((x+1)^4, x)}
23821 returns @samp{[1, 4, 6, 4, 1]}, so @samp{poly((x+1)^4, x)_(2+1)}
23822 gives the @expr{x^2} coefficient of this polynomial, 6.
23824 @ignore
23825 @starindex
23826 @end ignore
23827 @tindex gpoly
23828 One important feature of the solver is its ability to recognize
23829 formulas which are ``essentially'' polynomials.  This ability is
23830 made available to the user through the @code{gpoly} function, which
23831 is used just like @code{poly}:  @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var})}.
23832 If @var{expr} is a polynomial in some term which includes @var{var}, then
23833 this function will return a vector @samp{[@var{x}, @var{c}, @var{a}]}
23834 where @var{x} is the term that depends on @var{var}, @var{c} is a
23835 vector of polynomial coefficients (like the one returned by @code{poly}),
23836 and @var{a} is a multiplier which is usually 1.  Basically,
23837 @samp{@var{expr} = @var{a}*(@var{c}_1 + @var{c}_2 @var{x} +
23838 @var{c}_3 @var{x}^2 + ...)}.  The last element of @var{c} is
23839 guaranteed to be non-zero, and @var{c} will not equal @samp{[1]}
23840 (i.e., the trivial decomposition @var{expr} = @var{x} is not
23841 considered a polynomial).  One side effect is that @samp{gpoly(x, x)}
23842 and @samp{gpoly(6, x)}, both of which might be expected to recognize
23843 their arguments as polynomials, will not because the decomposition
23844 is considered trivial.
23846 For example, @samp{gpoly((x-2)^2, x)} returns @samp{[x, [4, -4, 1], 1]},
23847 since the expanded form of this polynomial is @expr{4 - 4 x + x^2}.
23849 The term @var{x} may itself be a polynomial in @var{var}.  This is
23850 done to reduce the size of the @var{c} vector.  For example,
23851 @samp{gpoly(x^4 + x^2 - 1, x)} returns @samp{[x^2, [-1, 1, 1], 1]},
23852 since a quadratic polynomial in @expr{x^2} is easier to solve than
23853 a quartic polynomial in @expr{x}.
23855 A few more examples of the kinds of polynomials @code{gpoly} can
23856 discover:
23858 @smallexample
23859 sin(x) - 1               [sin(x), [-1, 1], 1]
23860 x + 1/x - 1              [x, [1, -1, 1], 1/x]
23861 x + 1/x                  [x^2, [1, 1], 1/x]
23862 x^3 + 2 x                [x^2, [2, 1], x]
23863 x + x^2:3 + sqrt(x)      [x^1:6, [1, 1, 0, 1], x^1:2]
23864 x^(2a) + 2 x^a + 5       [x^a, [5, 2, 1], 1]
23865 (exp(-x) + exp(x)) / 2   [e^(2 x), [0.5, 0.5], e^-x]
23866 @end smallexample
23868 The @code{poly} and @code{gpoly} functions accept a third integer argument
23869 which specifies the largest degree of polynomial that is acceptable.
23870 If this is @expr{n}, then only @var{c} vectors of length @expr{n+1}
23871 or less will be returned.  Otherwise, the @code{poly} or @code{gpoly}
23872 call will remain in symbolic form.  For example, the equation solver
23873 can handle quartics and smaller polynomials, so it calls
23874 @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var}, 4)} to discover whether @var{expr}
23875 can be treated by its linear, quadratic, cubic, or quartic formulas.
23877 @ignore
23878 @starindex
23879 @end ignore
23880 @tindex pdeg
23881 The @code{pdeg} function computes the degree of a polynomial;
23882 @samp{pdeg(p,x)} is the highest power of @code{x} that appears in
23883 @code{p}.  This is the same as @samp{vlen(poly(p,x))-1}, but is
23884 much more efficient.  If @code{p} is constant with respect to @code{x},
23885 then @samp{pdeg(p,x) = 0}.  If @code{p} is not a polynomial in @code{x}
23886 (e.g., @samp{pdeg(2 cos(x), x)}, the function remains unevaluated.
23887 It is possible to omit the second argument @code{x}, in which case
23888 @samp{pdeg(p)} returns the highest total degree of any term of the
23889 polynomial, counting all variables that appear in @code{p}.  Note
23890 that @code{pdeg(c) = pdeg(c,x) = 0} for any nonzero constant @code{c};
23891 the degree of the constant zero is considered to be @code{-inf}
23892 (minus infinity).
23894 @ignore
23895 @starindex
23896 @end ignore
23897 @tindex plead
23898 The @code{plead} function finds the leading term of a polynomial.
23899 Thus @samp{plead(p,x)} is equivalent to @samp{poly(p,x)_vlen(poly(p,x))},
23900 though again more efficient.  In particular, @samp{plead((2x+1)^10, x)}
23901 returns 1024 without expanding out the list of coefficients.  The
23902 value of @code{plead(p,x)} will be zero only if @expr{p = 0}.
23904 @ignore
23905 @starindex
23906 @end ignore
23907 @tindex pcont
23908 The @code{pcont} function finds the @dfn{content} of a polynomial.  This
23909 is the greatest common divisor of all the coefficients of the polynomial.
23910 With two arguments, @code{pcont(p,x)} effectively uses @samp{poly(p,x)}
23911 to get a list of coefficients, then uses @code{pgcd} (the polynomial
23912 GCD function) to combine these into an answer.  For example,
23913 @samp{pcont(4 x y^2 + 6 x^2 y, x)} is @samp{2 y}.  The content is
23914 basically the ``biggest'' polynomial that can be divided into @code{p}
23915 exactly.  The sign of the content is the same as the sign of the leading
23916 coefficient.
23918 With only one argument, @samp{pcont(p)} computes the numerical
23919 content of the polynomial, i.e., the @code{gcd} of the numerical
23920 coefficients of all the terms in the formula.  Note that @code{gcd}
23921 is defined on rational numbers as well as integers; it computes
23922 the @code{gcd} of the numerators and the @code{lcm} of the
23923 denominators.  Thus @samp{pcont(4:3 x y^2 + 6 x^2 y)} returns 2:3.
23924 Dividing the polynomial by this number will clear all the
23925 denominators, as well as dividing by any common content in the
23926 numerators.  The numerical content of a polynomial is negative only
23927 if all the coefficients in the polynomial are negative.
23929 @ignore
23930 @starindex
23931 @end ignore
23932 @tindex pprim
23933 The @code{pprim} function finds the @dfn{primitive part} of a
23934 polynomial, which is simply the polynomial divided (using @code{pdiv}
23935 if necessary) by its content.  If the input polynomial has rational
23936 coefficients, the result will have integer coefficients in simplest
23937 terms.
23939 @node Numerical Solutions, Curve Fitting, Solving Equations, Algebra
23940 @section Numerical Solutions
23942 @noindent
23943 Not all equations can be solved symbolically.  The commands in this
23944 section use numerical algorithms that can find a solution to a specific
23945 instance of an equation to any desired accuracy.  Note that the
23946 numerical commands are slower than their algebraic cousins; it is a
23947 good idea to try @kbd{a S} before resorting to these commands.
23949 (@xref{Curve Fitting}, for some other, more specialized, operations
23950 on numerical data.)
23952 @menu
23953 * Root Finding::
23954 * Minimization::
23955 * Numerical Systems of Equations::
23956 @end menu
23958 @node Root Finding, Minimization, Numerical Solutions, Numerical Solutions
23959 @subsection Root Finding
23961 @noindent
23962 @kindex a R
23963 @pindex calc-find-root
23964 @tindex root
23965 @cindex Newton's method
23966 @cindex Roots of equations
23967 @cindex Numerical root-finding
23968 The @kbd{a R} (@code{calc-find-root}) [@code{root}] command finds a
23969 numerical solution (or @dfn{root}) of an equation.  (This command treats
23970 inequalities the same as equations.  If the input is any other kind
23971 of formula, it is interpreted as an equation of the form @expr{X = 0}.)
23973 The @kbd{a R} command requires an initial guess on the top of the
23974 stack, and a formula in the second-to-top position.  It prompts for a
23975 solution variable, which must appear in the formula.  All other variables
23976 that appear in the formula must have assigned values, i.e., when
23977 a value is assigned to the solution variable and the formula is
23978 evaluated with @kbd{=}, it should evaluate to a number.  Any assigned
23979 value for the solution variable itself is ignored and unaffected by
23980 this command.
23982 When the command completes, the initial guess is replaced on the stack
23983 by a vector of two numbers:  The value of the solution variable that
23984 solves the equation, and the difference between the lefthand and
23985 righthand sides of the equation at that value.  Ordinarily, the second
23986 number will be zero or very nearly zero.  (Note that Calc uses a
23987 slightly higher precision while finding the root, and thus the second
23988 number may be slightly different from the value you would compute from
23989 the equation yourself.)
23991 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) command is a handy way to extract
23992 the first element of the result vector, discarding the error term.
23994 The initial guess can be a real number, in which case Calc searches
23995 for a real solution near that number, or a complex number, in which
23996 case Calc searches the whole complex plane near that number for a
23997 solution, or it can be an interval form which restricts the search
23998 to real numbers inside that interval.
24000 Calc tries to use @kbd{a d} to take the derivative of the equation.
24001 If this succeeds, it uses Newton's method.  If the equation is not
24002 differentiable Calc uses a bisection method.  (If Newton's method
24003 appears to be going astray, Calc switches over to bisection if it
24004 can, or otherwise gives up.  In this case it may help to try again
24005 with a slightly different initial guess.)  If the initial guess is a
24006 complex number, the function must be differentiable.
24008 If the formula (or the difference between the sides of an equation)
24009 is negative at one end of the interval you specify and positive at
24010 the other end, the root finder is guaranteed to find a root.
24011 Otherwise, Calc subdivides the interval into small parts looking for
24012 positive and negative values to bracket the root.  When your guess is
24013 an interval, Calc will not look outside that interval for a root.
24015 @kindex H a R
24016 @tindex wroot
24017 The @kbd{H a R} [@code{wroot}] command is similar to @kbd{a R}, except
24018 that if the initial guess is an interval for which the function has
24019 the same sign at both ends, then rather than subdividing the interval
24020 Calc attempts to widen it to enclose a root.  Use this mode if
24021 you are not sure if the function has a root in your interval.
24023 If the function is not differentiable, and you give a simple number
24024 instead of an interval as your initial guess, Calc uses this widening
24025 process even if you did not type the Hyperbolic flag.  (If the function
24026 @emph{is} differentiable, Calc uses Newton's method which does not
24027 require a bounding interval in order to work.)
24029 If Calc leaves the @code{root} or @code{wroot} function in symbolic
24030 form on the stack, it will normally display an explanation for why
24031 no root was found.  If you miss this explanation, press @kbd{w}
24032 (@code{calc-why}) to get it back.
24034 @node Minimization, Numerical Systems of Equations, Root Finding, Numerical Solutions
24035 @subsection Minimization
24037 @noindent
24038 @kindex a N
24039 @kindex H a N
24040 @kindex a X
24041 @kindex H a X
24042 @pindex calc-find-minimum
24043 @pindex calc-find-maximum
24044 @tindex minimize
24045 @tindex maximize
24046 @cindex Minimization, numerical
24047 The @kbd{a N} (@code{calc-find-minimum}) [@code{minimize}] command
24048 finds a minimum value for a formula.  It is very similar in operation
24049 to @kbd{a R} (@code{calc-find-root}):  You give the formula and an initial
24050 guess on the stack, and are prompted for the name of a variable.  The guess
24051 may be either a number near the desired minimum, or an interval enclosing
24052 the desired minimum.  The function returns a vector containing the
24053 value of the variable which minimizes the formula's value, along
24054 with the minimum value itself.
24056 Note that this command looks for a @emph{local} minimum.  Many functions
24057 have more than one minimum; some, like 
24058 @texline @math{x \sin x},
24059 @infoline @expr{x sin(x)}, 
24060 have infinitely many.  In fact, there is no easy way to define the
24061 ``global'' minimum of 
24062 @texline @math{x \sin x}
24063 @infoline @expr{x sin(x)} 
24064 but Calc can still locate any particular local minimum
24065 for you.  Calc basically goes downhill from the initial guess until it
24066 finds a point at which the function's value is greater both to the left
24067 and to the right.  Calc does not use derivatives when minimizing a function.
24069 If your initial guess is an interval and it looks like the minimum
24070 occurs at one or the other endpoint of the interval, Calc will return
24071 that endpoint only if that endpoint is closed; thus, minimizing @expr{17 x}
24072 over @expr{[2..3]} will return @expr{[2, 38]}, but minimizing over
24073 @expr{(2..3]} would report no minimum found.  In general, you should
24074 use closed intervals to find literally the minimum value in that
24075 range of @expr{x}, or open intervals to find the local minimum, if
24076 any, that happens to lie in that range.
24078 Most functions are smooth and flat near their minimum values.  Because
24079 of this flatness, if the current precision is, say, 12 digits, the
24080 variable can only be determined meaningfully to about six digits.  Thus
24081 you should set the precision to twice as many digits as you need in your
24082 answer.
24084 @ignore
24085 @mindex wmin@idots
24086 @end ignore
24087 @tindex wminimize
24088 @ignore
24089 @mindex wmax@idots
24090 @end ignore
24091 @tindex wmaximize
24092 The @kbd{H a N} [@code{wminimize}] command, analogously to @kbd{H a R},
24093 expands the guess interval to enclose a minimum rather than requiring
24094 that the minimum lie inside the interval you supply.
24096 The @kbd{a X} (@code{calc-find-maximum}) [@code{maximize}] and
24097 @kbd{H a X} [@code{wmaximize}] commands effectively minimize the
24098 negative of the formula you supply.
24100 The formula must evaluate to a real number at all points inside the
24101 interval (or near the initial guess if the guess is a number).  If
24102 the initial guess is a complex number the variable will be minimized
24103 over the complex numbers; if it is real or an interval it will
24104 be minimized over the reals.
24106 @node Numerical Systems of Equations, , Minimization, Numerical Solutions
24107 @subsection Systems of Equations
24109 @noindent
24110 @cindex Systems of equations, numerical
24111 The @kbd{a R} command can also solve systems of equations.  In this
24112 case, the equation should instead be a vector of equations, the
24113 guess should instead be a vector of numbers (intervals are not
24114 supported), and the variable should be a vector of variables.  You
24115 can omit the brackets while entering the list of variables.  Each
24116 equation must be differentiable by each variable for this mode to
24117 work.  The result will be a vector of two vectors:  The variable
24118 values that solved the system of equations, and the differences
24119 between the sides of the equations with those variable values.
24120 There must be the same number of equations as variables.  Since
24121 only plain numbers are allowed as guesses, the Hyperbolic flag has
24122 no effect when solving a system of equations.
24124 It is also possible to minimize over many variables with @kbd{a N}
24125 (or maximize with @kbd{a X}).  Once again the variable name should
24126 be replaced by a vector of variables, and the initial guess should
24127 be an equal-sized vector of initial guesses.  But, unlike the case of
24128 multidimensional @kbd{a R}, the formula being minimized should
24129 still be a single formula, @emph{not} a vector.  Beware that
24130 multidimensional minimization is currently @emph{very} slow.
24132 @node Curve Fitting, Summations, Numerical Solutions, Algebra
24133 @section Curve Fitting
24135 @noindent
24136 The @kbd{a F} command fits a set of data to a @dfn{model formula},
24137 such as @expr{y = m x + b} where @expr{m} and @expr{b} are parameters
24138 to be determined.  For a typical set of measured data there will be
24139 no single @expr{m} and @expr{b} that exactly fit the data; in this
24140 case, Calc chooses values of the parameters that provide the closest
24141 possible fit.
24143 @menu
24144 * Linear Fits::
24145 * Polynomial and Multilinear Fits::
24146 * Error Estimates for Fits::
24147 * Standard Nonlinear Models::
24148 * Curve Fitting Details::
24149 * Interpolation::
24150 @end menu
24152 @node Linear Fits, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting, Curve Fitting
24153 @subsection Linear Fits
24155 @noindent
24156 @kindex a F
24157 @pindex calc-curve-fit
24158 @tindex fit
24159 @cindex Linear regression
24160 @cindex Least-squares fits
24161 The @kbd{a F} (@code{calc-curve-fit}) [@code{fit}] command attempts
24162 to fit a set of data (@expr{x} and @expr{y} vectors of numbers) to a
24163 straight line, polynomial, or other function of @expr{x}.  For the
24164 moment we will consider only the case of fitting to a line, and we
24165 will ignore the issue of whether or not the model was in fact a good
24166 fit for the data.
24168 In a standard linear least-squares fit, we have a set of @expr{(x,y)}
24169 data points that we wish to fit to the model @expr{y = m x + b}
24170 by adjusting the parameters @expr{m} and @expr{b} to make the @expr{y}
24171 values calculated from the formula be as close as possible to the actual
24172 @expr{y} values in the data set.  (In a polynomial fit, the model is
24173 instead, say, @expr{y = a x^3 + b x^2 + c x + d}.  In a multilinear fit,
24174 we have data points of the form @expr{(x_1,x_2,x_3,y)} and our model is
24175 @expr{y = a x_1 + b x_2 + c x_3 + d}.  These will be discussed later.)
24177 In the model formula, variables like @expr{x} and @expr{x_2} are called
24178 the @dfn{independent variables}, and @expr{y} is the @dfn{dependent
24179 variable}.  Variables like @expr{m}, @expr{a}, and @expr{b} are called
24180 the @dfn{parameters} of the model.
24182 The @kbd{a F} command takes the data set to be fitted from the stack.
24183 By default, it expects the data in the form of a matrix.  For example,
24184 for a linear or polynomial fit, this would be a 
24185 @texline @math{2\times N}
24186 @infoline 2xN
24187 matrix where the first row is a list of @expr{x} values and the second
24188 row has the corresponding @expr{y} values.  For the multilinear fit
24189 shown above, the matrix would have four rows (@expr{x_1}, @expr{x_2},
24190 @expr{x_3}, and @expr{y}, respectively).
24192 If you happen to have an 
24193 @texline @math{N\times2}
24194 @infoline Nx2
24195 matrix instead of a 
24196 @texline @math{2\times N}
24197 @infoline 2xN
24198 matrix, just press @kbd{v t} first to transpose the matrix.
24200 After you type @kbd{a F}, Calc prompts you to select a model.  For a
24201 linear fit, press the digit @kbd{1}.
24203 Calc then prompts for you to name the variables.  By default it chooses
24204 high letters like @expr{x} and @expr{y} for independent variables and
24205 low letters like @expr{a} and @expr{b} for parameters.  (The dependent
24206 variable doesn't need a name.)  The two kinds of variables are separated
24207 by a semicolon.  Since you generally care more about the names of the
24208 independent variables than of the parameters, Calc also allows you to
24209 name only those and let the parameters use default names.
24211 For example, suppose the data matrix
24213 @ifinfo
24214 @example
24215 @group
24216 [ [ 1, 2, 3, 4,  5  ]
24217   [ 5, 7, 9, 11, 13 ] ]
24218 @end group
24219 @end example
24220 @end ifinfo
24221 @tex
24222 \turnoffactive
24223 \turnoffactive
24224 \beforedisplay
24225 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 & 4  & 5  \cr
24226              5 & 7 & 9 & 11 & 13 }
24228 \afterdisplay
24229 @end tex
24231 @noindent
24232 is on the stack and we wish to do a simple linear fit.  Type
24233 @kbd{a F}, then @kbd{1} for the model, then @key{RET} to use
24234 the default names.  The result will be the formula @expr{3 + 2 x}
24235 on the stack.  Calc has created the model expression @kbd{a + b x},
24236 then found the optimal values of @expr{a} and @expr{b} to fit the
24237 data.  (In this case, it was able to find an exact fit.)  Calc then
24238 substituted those values for @expr{a} and @expr{b} in the model
24239 formula.
24241 The @kbd{a F} command puts two entries in the trail.  One is, as
24242 always, a copy of the result that went to the stack; the other is
24243 a vector of the actual parameter values, written as equations:
24244 @expr{[a = 3, b = 2]}, in case you'd rather read them in a list
24245 than pick them out of the formula.  (You can type @kbd{t y}
24246 to move this vector to the stack; see @ref{Trail Commands}.
24248 Specifying a different independent variable name will affect the
24249 resulting formula: @kbd{a F 1 k @key{RET}} produces @kbd{3 + 2 k}.
24250 Changing the parameter names (say, @kbd{a F 1 k;b,m @key{RET}}) will affect
24251 the equations that go into the trail.
24253 @tex
24254 \bigskip
24255 @end tex
24257 To see what happens when the fit is not exact, we could change
24258 the number 13 in the data matrix to 14 and try the fit again.
24259 The result is:
24261 @example
24262 2.6 + 2.2 x
24263 @end example
24265 Evaluating this formula, say with @kbd{v x 5 @key{RET} @key{TAB} V M $ @key{RET}}, shows
24266 a reasonably close match to the y-values in the data.
24268 @example
24269 [4.8, 7., 9.2, 11.4, 13.6]
24270 @end example
24272 Since there is no line which passes through all the @var{n} data points,
24273 Calc has chosen a line that best approximates the data points using
24274 the method of least squares.  The idea is to define the @dfn{chi-square}
24275 error measure
24277 @ifinfo
24278 @example
24279 chi^2 = sum((y_i - (a + b x_i))^2, i, 1, N)
24280 @end example
24281 @end ifinfo
24282 @tex
24283 \turnoffactive
24284 \beforedisplay
24285 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N (y_i - (a + b x_i))^2 $$
24286 \afterdisplay
24287 @end tex
24289 @noindent
24290 which is clearly zero if @expr{a + b x} exactly fits all data points,
24291 and increases as various @expr{a + b x_i} values fail to match the
24292 corresponding @expr{y_i} values.  There are several reasons why the
24293 summand is squared, one of them being to ensure that 
24294 @texline @math{\chi^2 \ge 0}.
24295 @infoline @expr{chi^2 >= 0}.
24296 Least-squares fitting simply chooses the values of @expr{a} and @expr{b}
24297 for which the error 
24298 @texline @math{\chi^2}
24299 @infoline @expr{chi^2} 
24300 is as small as possible.
24302 Other kinds of models do the same thing but with a different model
24303 formula in place of @expr{a + b x_i}.
24305 @tex
24306 \bigskip
24307 @end tex
24309 A numeric prefix argument causes the @kbd{a F} command to take the
24310 data in some other form than one big matrix.  A positive argument @var{n}
24311 will take @var{N} items from the stack, corresponding to the @var{n} rows
24312 of a data matrix.  In the linear case, @var{n} must be 2 since there
24313 is always one independent variable and one dependent variable.
24315 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} is a compromise; Calc takes two
24316 items from the stack, an @var{n}-row matrix of @expr{x} values, and a
24317 vector of @expr{y} values.  If there is only one independent variable,
24318 the @expr{x} values can be either a one-row matrix or a plain vector,
24319 in which case the @kbd{C-u} prefix is the same as a @w{@kbd{C-u 2}} prefix.
24321 @node Polynomial and Multilinear Fits, Error Estimates for Fits, Linear Fits, Curve Fitting
24322 @subsection Polynomial and Multilinear Fits
24324 @noindent
24325 To fit the data to higher-order polynomials, just type one of the
24326 digits @kbd{2} through @kbd{9} when prompted for a model.  For example,
24327 we could fit the original data matrix from the previous section
24328 (with 13, not 14) to a parabola instead of a line by typing
24329 @kbd{a F 2 @key{RET}}.
24331 @example
24332 2.00000000001 x - 1.5e-12 x^2 + 2.99999999999
24333 @end example
24335 Note that since the constant and linear terms are enough to fit the
24336 data exactly, it's no surprise that Calc chose a tiny contribution
24337 for @expr{x^2}.  (The fact that it's not exactly zero is due only
24338 to roundoff error.  Since our data are exact integers, we could get
24339 an exact answer by typing @kbd{m f} first to get Fraction mode.
24340 Then the @expr{x^2} term would vanish altogether.  Usually, though,
24341 the data being fitted will be approximate floats so Fraction mode
24342 won't help.)
24344 Doing the @kbd{a F 2} fit on the data set with 14 instead of 13
24345 gives a much larger @expr{x^2} contribution, as Calc bends the
24346 line slightly to improve the fit.
24348 @example
24349 0.142857142855 x^2 + 1.34285714287 x + 3.59999999998
24350 @end example
24352 An important result from the theory of polynomial fitting is that it
24353 is always possible to fit @var{n} data points exactly using a polynomial
24354 of degree @mathit{@var{n}-1}, sometimes called an @dfn{interpolating polynomial}.
24355 Using the modified (14) data matrix, a model number of 4 gives
24356 a polynomial that exactly matches all five data points:
24358 @example
24359 0.04167 x^4 - 0.4167 x^3 + 1.458 x^2 - 0.08333 x + 4.
24360 @end example
24362 The actual coefficients we get with a precision of 12, like
24363 @expr{0.0416666663588}, clearly suffer from loss of precision.
24364 It is a good idea to increase the working precision to several
24365 digits beyond what you need when you do a fitting operation.
24366 Or, if your data are exact, use Fraction mode to get exact
24367 results.
24369 You can type @kbd{i} instead of a digit at the model prompt to fit
24370 the data exactly to a polynomial.  This just counts the number of
24371 columns of the data matrix to choose the degree of the polynomial
24372 automatically.
24374 Fitting data ``exactly'' to high-degree polynomials is not always
24375 a good idea, though.  High-degree polynomials have a tendency to
24376 wiggle uncontrollably in between the fitting data points.  Also,
24377 if the exact-fit polynomial is going to be used to interpolate or
24378 extrapolate the data, it is numerically better to use the @kbd{a p}
24379 command described below.  @xref{Interpolation}.
24381 @tex
24382 \bigskip
24383 @end tex
24385 Another generalization of the linear model is to assume the
24386 @expr{y} values are a sum of linear contributions from several
24387 @expr{x} values.  This is a @dfn{multilinear} fit, and it is also
24388 selected by the @kbd{1} digit key.  (Calc decides whether the fit
24389 is linear or multilinear by counting the rows in the data matrix.)
24391 Given the data matrix,
24393 @example
24394 @group
24395 [ [  1,   2,   3,    4,   5  ]
24396   [  7,   2,   3,    5,   2  ]
24397   [ 14.5, 15, 18.5, 22.5, 24 ] ]
24398 @end group
24399 @end example
24401 @noindent
24402 the command @kbd{a F 1 @key{RET}} will call the first row @expr{x} and the
24403 second row @expr{y}, and will fit the values in the third row to the
24404 model @expr{a + b x + c y}.
24406 @example
24407 8. + 3. x + 0.5 y
24408 @end example
24410 Calc can do multilinear fits with any number of independent variables
24411 (i.e., with any number of data rows).
24413 @tex
24414 \bigskip
24415 @end tex
24417 Yet another variation is @dfn{homogeneous} linear models, in which
24418 the constant term is known to be zero.  In the linear case, this
24419 means the model formula is simply @expr{a x}; in the multilinear
24420 case, the model might be @expr{a x + b y + c z}; and in the polynomial
24421 case, the model could be @expr{a x + b x^2 + c x^3}.  You can get
24422 a homogeneous linear or multilinear model by pressing the letter
24423 @kbd{h} followed by a regular model key, like @kbd{1} or @kbd{2}.
24425 It is certainly possible to have other constrained linear models,
24426 like @expr{2.3 + a x} or @expr{a - 4 x}.  While there is no single
24427 key to select models like these, a later section shows how to enter
24428 any desired model by hand.  In the first case, for example, you
24429 would enter @kbd{a F ' 2.3 + a x}.
24431 Another class of models that will work but must be entered by hand
24432 are multinomial fits, e.g., @expr{a + b x + c y + d x^2 + e y^2 + f x y}.
24434 @node Error Estimates for Fits, Standard Nonlinear Models, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting
24435 @subsection Error Estimates for Fits
24437 @noindent
24438 @kindex H a F
24439 @tindex efit
24440 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a F} [@code{efit}] performs the same
24441 fitting operation as @kbd{a F}, but reports the coefficients as error
24442 forms instead of plain numbers.  Fitting our two data matrices (first
24443 with 13, then with 14) to a line with @kbd{H a F} gives the results,
24445 @example
24446 3. + 2. x
24447 2.6 +/- 0.382970843103 + 2.2 +/- 0.115470053838 x
24448 @end example
24450 In the first case the estimated errors are zero because the linear
24451 fit is perfect.  In the second case, the errors are nonzero but
24452 moderately small, because the data are still very close to linear.
24454 It is also possible for the @emph{input} to a fitting operation to
24455 contain error forms.  The data values must either all include errors
24456 or all be plain numbers.  Error forms can go anywhere but generally
24457 go on the numbers in the last row of the data matrix.  If the last
24458 row contains error forms
24459 @texline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@math{\sigma_i}', 
24460 @infoline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@var{sigma_i}', 
24461 then the 
24462 @texline @math{\chi^2}
24463 @infoline @expr{chi^2}
24464 statistic is now,
24466 @ifinfo
24467 @example
24468 chi^2 = sum(((y_i - (a + b x_i)) / sigma_i)^2, i, 1, N)
24469 @end example
24470 @end ifinfo
24471 @tex
24472 \turnoffactive
24473 \beforedisplay
24474 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N \left(y_i - (a + b x_i) \over \sigma_i\right)^2 $$
24475 \afterdisplay
24476 @end tex
24478 @noindent
24479 so that data points with larger error estimates contribute less to
24480 the fitting operation.
24482 If there are error forms on other rows of the data matrix, all the
24483 errors for a given data point are combined; the square root of the
24484 sum of the squares of the errors forms the 
24485 @texline @math{\sigma_i}
24486 @infoline @expr{sigma_i} 
24487 used for the data point.
24489 Both @kbd{a F} and @kbd{H a F} can accept error forms in the input
24490 matrix, although if you are concerned about error analysis you will
24491 probably use @kbd{H a F} so that the output also contains error
24492 estimates.
24494 If the input contains error forms but all the 
24495 @texline @math{\sigma_i}
24496 @infoline @expr{sigma_i} 
24497 values are the same, it is easy to see that the resulting fitted model
24498 will be the same as if the input did not have error forms at all 
24499 @texline (@math{\chi^2}
24500 @infoline (@expr{chi^2}
24501 is simply scaled uniformly by 
24502 @texline @math{1 / \sigma^2},
24503 @infoline @expr{1 / sigma^2}, 
24504 which doesn't affect where it has a minimum).  But there @emph{will} be
24505 a difference in the estimated errors of the coefficients reported by
24506 @kbd{H a F}. 
24508 Consult any text on statistical modeling of data for a discussion
24509 of where these error estimates come from and how they should be
24510 interpreted.
24512 @tex
24513 \bigskip
24514 @end tex
24516 @kindex I a F
24517 @tindex xfit
24518 With the Inverse flag, @kbd{I a F} [@code{xfit}] produces even more
24519 information.  The result is a vector of six items:
24521 @enumerate
24522 @item
24523 The model formula with error forms for its coefficients or
24524 parameters.  This is the result that @kbd{H a F} would have
24525 produced.
24527 @item
24528 A vector of ``raw'' parameter values for the model.  These are the
24529 polynomial coefficients or other parameters as plain numbers, in the
24530 same order as the parameters appeared in the final prompt of the
24531 @kbd{I a F} command.  For polynomials of degree @expr{d}, this vector
24532 will have length @expr{M = d+1} with the constant term first.
24534 @item
24535 The covariance matrix @expr{C} computed from the fit.  This is
24536 an @var{m}x@var{m} symmetric matrix; the diagonal elements
24537 @texline @math{C_{jj}}
24538 @infoline @expr{C_j_j} 
24539 are the variances 
24540 @texline @math{\sigma_j^2}
24541 @infoline @expr{sigma_j^2} 
24542 of the parameters.  The other elements are covariances
24543 @texline @math{\sigma_{ij}^2} 
24544 @infoline @expr{sigma_i_j^2} 
24545 that describe the correlation between pairs of parameters.  (A related
24546 set of numbers, the @dfn{linear correlation coefficients} 
24547 @texline @math{r_{ij}},
24548 @infoline @expr{r_i_j},
24549 are defined as 
24550 @texline @math{\sigma_{ij}^2 / \sigma_i \, \sigma_j}.)
24551 @infoline @expr{sigma_i_j^2 / sigma_i sigma_j}.)
24553 @item
24554 A vector of @expr{M} ``parameter filter'' functions whose
24555 meanings are described below.  If no filters are necessary this
24556 will instead be an empty vector; this is always the case for the
24557 polynomial and multilinear fits described so far.
24559 @item
24560 The value of 
24561 @texline @math{\chi^2}
24562 @infoline @expr{chi^2} 
24563 for the fit, calculated by the formulas shown above.  This gives a
24564 measure of the quality of the fit; statisticians consider
24565 @texline @math{\chi^2 \approx N - M}
24566 @infoline @expr{chi^2 = N - M} 
24567 to indicate a moderately good fit (where again @expr{N} is the number of
24568 data points and @expr{M} is the number of parameters).
24570 @item
24571 A measure of goodness of fit expressed as a probability @expr{Q}.
24572 This is computed from the @code{utpc} probability distribution
24573 function using 
24574 @texline @math{\chi^2}
24575 @infoline @expr{chi^2} 
24576 with @expr{N - M} degrees of freedom.  A
24577 value of 0.5 implies a good fit; some texts recommend that often
24578 @expr{Q = 0.1} or even 0.001 can signify an acceptable fit.  In
24579 particular, 
24580 @texline @math{\chi^2}
24581 @infoline @expr{chi^2} 
24582 statistics assume the errors in your inputs
24583 follow a normal (Gaussian) distribution; if they don't, you may
24584 have to accept smaller values of @expr{Q}.
24586 The @expr{Q} value is computed only if the input included error
24587 estimates.  Otherwise, Calc will report the symbol @code{nan}
24588 for @expr{Q}.  The reason is that in this case the 
24589 @texline @math{\chi^2}
24590 @infoline @expr{chi^2}
24591 value has effectively been used to estimate the original errors
24592 in the input, and thus there is no redundant information left
24593 over to use for a confidence test.
24594 @end enumerate
24596 @node Standard Nonlinear Models, Curve Fitting Details, Error Estimates for Fits, Curve Fitting
24597 @subsection Standard Nonlinear Models
24599 @noindent
24600 The @kbd{a F} command also accepts other kinds of models besides
24601 lines and polynomials.  Some common models have quick single-key
24602 abbreviations; others must be entered by hand as algebraic formulas.
24604 Here is a complete list of the standard models recognized by @kbd{a F}:
24606 @table @kbd
24607 @item 1
24608 Linear or multilinear.  @mathit{a + b x + c y + d z}.
24609 @item 2-9
24610 Polynomials.  @mathit{a + b x + c x^2 + d x^3}.
24611 @item e
24612 Exponential.  @mathit{a} @tfn{exp}@mathit{(b x)} @tfn{exp}@mathit{(c y)}.
24613 @item E
24614 Base-10 exponential.  @mathit{a} @tfn{10^}@mathit{(b x)} @tfn{10^}@mathit{(c y)}.
24615 @item x
24616 Exponential (alternate notation).  @tfn{exp}@mathit{(a + b x + c y)}.
24617 @item X
24618 Base-10 exponential (alternate).  @tfn{10^}@mathit{(a + b x + c y)}.
24619 @item l
24620 Logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{ln}@mathit{(x) + c} @tfn{ln}@mathit{(y)}.
24621 @item L
24622 Base-10 logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{log10}@mathit{(x) + c} @tfn{log10}@mathit{(y)}.
24623 @item ^
24624 General exponential.  @mathit{a b^x c^y}.
24625 @item p
24626 Power law.  @mathit{a x^b y^c}.
24627 @item q
24628 Quadratic.  @mathit{a + b (x-c)^2 + d (x-e)^2}.
24629 @item g
24630 Gaussian.  
24631 @texline @math{{a \over b \sqrt{2 \pi}} \exp\left( -{1 \over 2} \left( x - c \over b \right)^2 \right)}.
24632 @infoline @mathit{(a / b sqrt(2 pi)) exp(-0.5*((x-c)/b)^2)}.
24633 @end table
24635 All of these models are used in the usual way; just press the appropriate
24636 letter at the model prompt, and choose variable names if you wish.  The
24637 result will be a formula as shown in the above table, with the best-fit
24638 values of the parameters substituted.  (You may find it easier to read
24639 the parameter values from the vector that is placed in the trail.)
24641 All models except Gaussian and polynomials can generalize as shown to any
24642 number of independent variables.  Also, all the built-in models have an
24643 additive or multiplicative parameter shown as @expr{a} in the above table
24644 which can be replaced by zero or one, as appropriate, by typing @kbd{h}
24645 before the model key.
24647 Note that many of these models are essentially equivalent, but express
24648 the parameters slightly differently.  For example, @expr{a b^x} and
24649 the other two exponential models are all algebraic rearrangements of
24650 each other.  Also, the ``quadratic'' model is just a degree-2 polynomial
24651 with the parameters expressed differently.  Use whichever form best
24652 matches the problem.
24654 The HP-28/48 calculators support four different models for curve
24655 fitting, called @code{LIN}, @code{LOG}, @code{EXP}, and @code{PWR}.
24656 These correspond to Calc models @samp{a + b x}, @samp{a + b ln(x)},
24657 @samp{a exp(b x)}, and @samp{a x^b}, respectively.  In each case,
24658 @expr{a} is what the HP-48 identifies as the ``intercept,'' and
24659 @expr{b} is what it calls the ``slope.''
24661 @tex
24662 \bigskip
24663 @end tex
24665 If the model you want doesn't appear on this list, press @kbd{'}
24666 (the apostrophe key) at the model prompt to enter any algebraic
24667 formula, such as @kbd{m x - b}, as the model.  (Not all models
24668 will work, though---see the next section for details.)
24670 The model can also be an equation like @expr{y = m x + b}.
24671 In this case, Calc thinks of all the rows of the data matrix on
24672 equal terms; this model effectively has two parameters
24673 (@expr{m} and @expr{b}) and two independent variables (@expr{x}
24674 and @expr{y}), with no ``dependent'' variables.  Model equations
24675 do not need to take this @expr{y =} form.  For example, the
24676 implicit line equation @expr{a x + b y = 1} works fine as a
24677 model.
24679 When you enter a model, Calc makes an alphabetical list of all
24680 the variables that appear in the model.  These are used for the
24681 default parameters, independent variables, and dependent variable
24682 (in that order).  If you enter a plain formula (not an equation),
24683 Calc assumes the dependent variable does not appear in the formula
24684 and thus does not need a name.
24686 For example, if the model formula has the variables @expr{a,mu,sigma,t,x},
24687 and the data matrix has three rows (meaning two independent variables),
24688 Calc will use @expr{a,mu,sigma} as the default parameters, and the
24689 data rows will be named @expr{t} and @expr{x}, respectively.  If you
24690 enter an equation instead of a plain formula, Calc will use @expr{a,mu}
24691 as the parameters, and @expr{sigma,t,x} as the three independent
24692 variables.
24694 You can, of course, override these choices by entering something
24695 different at the prompt.  If you leave some variables out of the list,
24696 those variables must have stored values and those stored values will
24697 be used as constants in the model.  (Stored values for the parameters
24698 and independent variables are ignored by the @kbd{a F} command.)
24699 If you list only independent variables, all the remaining variables
24700 in the model formula will become parameters.
24702 If there are @kbd{$} signs in the model you type, they will stand
24703 for parameters and all other variables (in alphabetical order)
24704 will be independent.  Use @kbd{$} for one parameter, @kbd{$$} for
24705 another, and so on.  Thus @kbd{$ x + $$} is another way to describe
24706 a linear model.
24708 If you type a @kbd{$} instead of @kbd{'} at the model prompt itself,
24709 Calc will take the model formula from the stack.  (The data must then
24710 appear at the second stack level.)  The same conventions are used to
24711 choose which variables in the formula are independent by default and
24712 which are parameters.
24714 Models taken from the stack can also be expressed as vectors of
24715 two or three elements, @expr{[@var{model}, @var{vars}]} or
24716 @expr{[@var{model}, @var{vars}, @var{params}]}.  Each of @var{vars}
24717 and @var{params} may be either a variable or a vector of variables.
24718 (If @var{params} is omitted, all variables in @var{model} except
24719 those listed as @var{vars} are parameters.)
24721 When you enter a model manually with @kbd{'}, Calc puts a 3-vector
24722 describing the model in the trail so you can get it back if you wish.
24724 @tex
24725 \bigskip
24726 @end tex
24728 @vindex Model1
24729 @vindex Model2
24730 Finally, you can store a model in one of the Calc variables
24731 @code{Model1} or @code{Model2}, then use this model by typing
24732 @kbd{a F u} or @kbd{a F U} (respectively).  The value stored in
24733 the variable can be any of the formats that @kbd{a F $} would
24734 accept for a model on the stack.
24736 @tex
24737 \bigskip
24738 @end tex
24740 Calc uses the principal values of inverse functions like @code{ln}
24741 and @code{arcsin} when doing fits.  For example, when you enter
24742 the model @samp{y = sin(a t + b)} Calc actually uses the easier
24743 form @samp{arcsin(y) = a t + b}.  The @code{arcsin} function always
24744 returns results in the range from @mathit{-90} to 90 degrees (or the
24745 equivalent range in radians).  Suppose you had data that you
24746 believed to represent roughly three oscillations of a sine wave,
24747 so that the argument of the sine might go from zero to 
24748 @texline @math{3\times360}
24749 @infoline @mathit{3*360} 
24750 degrees.
24751 The above model would appear to be a good way to determine the
24752 true frequency and phase of the sine wave, but in practice it
24753 would fail utterly.  The righthand side of the actual model
24754 @samp{arcsin(y) = a t + b} will grow smoothly with @expr{t}, but
24755 the lefthand side will bounce back and forth between @mathit{-90} and 90.
24756 No values of @expr{a} and @expr{b} can make the two sides match,
24757 even approximately.
24759 There is no good solution to this problem at present.  You could
24760 restrict your data to small enough ranges so that the above problem
24761 doesn't occur (i.e., not straddling any peaks in the sine wave).
24762 Or, in this case, you could use a totally different method such as
24763 Fourier analysis, which is beyond the scope of the @kbd{a F} command.
24764 (Unfortunately, Calc does not currently have any facilities for
24765 taking Fourier and related transforms.)
24767 @node Curve Fitting Details, Interpolation, Standard Nonlinear Models, Curve Fitting
24768 @subsection Curve Fitting Details
24770 @noindent
24771 Calc's internal least-squares fitter can only handle multilinear
24772 models.  More precisely, it can handle any model of the form
24773 @expr{a f(x,y,z) + b g(x,y,z) + c h(x,y,z)}, where @expr{a,b,c}
24774 are the parameters and @expr{x,y,z} are the independent variables
24775 (of course there can be any number of each, not just three).
24777 In a simple multilinear or polynomial fit, it is easy to see how
24778 to convert the model into this form.  For example, if the model
24779 is @expr{a + b x + c x^2}, then @expr{f(x) = 1}, @expr{g(x) = x},
24780 and @expr{h(x) = x^2} are suitable functions.
24782 For other models, Calc uses a variety of algebraic manipulations
24783 to try to put the problem into the form
24785 @smallexample
24786 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)
24787 @end smallexample
24789 @noindent
24790 where @expr{Y,A,B,C,F,G,H} are arbitrary functions.  It computes
24791 @expr{Y}, @expr{F}, @expr{G}, and @expr{H} for all the data points,
24792 does a standard linear fit to find the values of @expr{A}, @expr{B},
24793 and @expr{C}, then uses the equation solver to solve for @expr{a,b,c}
24794 in terms of @expr{A,B,C}.
24796 A remarkable number of models can be cast into this general form.
24797 We'll look at two examples here to see how it works.  The power-law
24798 model @expr{y = a x^b} with two independent variables and two parameters
24799 can be rewritten as follows:
24801 @example
24802 y = a x^b
24803 y = a exp(b ln(x))
24804 y = exp(ln(a) + b ln(x))
24805 ln(y) = ln(a) + b ln(x)
24806 @end example
24808 @noindent
24809 which matches the desired form with 
24810 @texline @math{Y = \ln(y)},
24811 @infoline @expr{Y = ln(y)}, 
24812 @texline @math{A = \ln(a)},
24813 @infoline @expr{A = ln(a)},
24814 @expr{F = 1}, @expr{B = b}, and 
24815 @texline @math{G = \ln(x)}.
24816 @infoline @expr{G = ln(x)}.  
24817 Calc thus computes the logarithms of your @expr{y} and @expr{x} values,
24818 does a linear fit for @expr{A} and @expr{B}, then solves to get 
24819 @texline @math{a = \exp(A)} 
24820 @infoline @expr{a = exp(A)} 
24821 and @expr{b = B}.
24823 Another interesting example is the ``quadratic'' model, which can
24824 be handled by expanding according to the distributive law.
24826 @example
24827 y = a + b*(x - c)^2
24828 y = a + b c^2 - 2 b c x + b x^2
24829 @end example
24831 @noindent
24832 which matches with @expr{Y = y}, @expr{A = a + b c^2}, @expr{F = 1},
24833 @expr{B = -2 b c}, @expr{G = x} (the @mathit{-2} factor could just as easily
24834 have been put into @expr{G} instead of @expr{B}), @expr{C = b}, and
24835 @expr{H = x^2}.
24837 The Gaussian model looks quite complicated, but a closer examination
24838 shows that it's actually similar to the quadratic model but with an
24839 exponential that can be brought to the top and moved into @expr{Y}.
24841 An example of a model that cannot be put into general linear
24842 form is a Gaussian with a constant background added on, i.e.,
24843 @expr{d} + the regular Gaussian formula.  If you have a model like
24844 this, your best bet is to replace enough of your parameters with
24845 constants to make the model linearizable, then adjust the constants
24846 manually by doing a series of fits.  You can compare the fits by
24847 graphing them, by examining the goodness-of-fit measures returned by
24848 @kbd{I a F}, or by some other method suitable to your application.
24849 Note that some models can be linearized in several ways.  The
24850 Gaussian-plus-@var{d} model can be linearized by setting @expr{d}
24851 (the background) to a constant, or by setting @expr{b} (the standard
24852 deviation) and @expr{c} (the mean) to constants.
24854 To fit a model with constants substituted for some parameters, just
24855 store suitable values in those parameter variables, then omit them
24856 from the list of parameters when you answer the variables prompt.
24858 @tex
24859 \bigskip
24860 @end tex
24862 A last desperate step would be to use the general-purpose
24863 @code{minimize} function rather than @code{fit}.  After all, both
24864 functions solve the problem of minimizing an expression (the 
24865 @texline @math{\chi^2}
24866 @infoline @expr{chi^2}
24867 sum) by adjusting certain parameters in the expression.  The @kbd{a F}
24868 command is able to use a vastly more efficient algorithm due to its
24869 special knowledge about linear chi-square sums, but the @kbd{a N}
24870 command can do the same thing by brute force.
24872 A compromise would be to pick out a few parameters without which the
24873 fit is linearizable, and use @code{minimize} on a call to @code{fit}
24874 which efficiently takes care of the rest of the parameters.  The thing
24875 to be minimized would be the value of 
24876 @texline @math{\chi^2}
24877 @infoline @expr{chi^2} 
24878 returned as the fifth result of the @code{xfit} function:
24880 @smallexample
24881 minimize(xfit(gaus(a,b,c,d,x), x, [a,b,c], data)_5, d, guess)
24882 @end smallexample
24884 @noindent
24885 where @code{gaus} represents the Gaussian model with background,
24886 @code{data} represents the data matrix, and @code{guess} represents
24887 the initial guess for @expr{d} that @code{minimize} requires.
24888 This operation will only be, shall we say, extraordinarily slow
24889 rather than astronomically slow (as would be the case if @code{minimize}
24890 were used by itself to solve the problem).
24892 @tex
24893 \bigskip
24894 @end tex
24896 The @kbd{I a F} [@code{xfit}] command is somewhat trickier when
24897 nonlinear models are used.  The second item in the result is the
24898 vector of ``raw'' parameters @expr{A}, @expr{B}, @expr{C}.  The
24899 covariance matrix is written in terms of those raw parameters.
24900 The fifth item is a vector of @dfn{filter} expressions.  This
24901 is the empty vector @samp{[]} if the raw parameters were the same
24902 as the requested parameters, i.e., if @expr{A = a}, @expr{B = b},
24903 and so on (which is always true if the model is already linear
24904 in the parameters as written, e.g., for polynomial fits).  If the
24905 parameters had to be rearranged, the fifth item is instead a vector
24906 of one formula per parameter in the original model.  The raw
24907 parameters are expressed in these ``filter'' formulas as
24908 @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)} for @expr{B},
24909 and so on.
24911 When Calc needs to modify the model to return the result, it replaces
24912 @samp{fitdummy(1)} in all the filters with the first item in the raw
24913 parameters list, and so on for the other raw parameters, then
24914 evaluates the resulting filter formulas to get the actual parameter
24915 values to be substituted into the original model.  In the case of
24916 @kbd{H a F} and @kbd{I a F} where the parameters must be error forms,
24917 Calc uses the square roots of the diagonal entries of the covariance
24918 matrix as error values for the raw parameters, then lets Calc's
24919 standard error-form arithmetic take it from there.
24921 If you use @kbd{I a F} with a nonlinear model, be sure to remember
24922 that the covariance matrix is in terms of the raw parameters,
24923 @emph{not} the actual requested parameters.  It's up to you to
24924 figure out how to interpret the covariances in the presence of
24925 nontrivial filter functions.
24927 Things are also complicated when the input contains error forms.
24928 Suppose there are three independent and dependent variables, @expr{x},
24929 @expr{y}, and @expr{z}, one or more of which are error forms in the
24930 data.  Calc combines all the error values by taking the square root
24931 of the sum of the squares of the errors.  It then changes @expr{x}
24932 and @expr{y} to be plain numbers, and makes @expr{z} into an error
24933 form with this combined error.  The @expr{Y(x,y,z)} part of the
24934 linearized model is evaluated, and the result should be an error
24935 form.  The error part of that result is used for 
24936 @texline @math{\sigma_i}
24937 @infoline @expr{sigma_i} 
24938 for the data point.  If for some reason @expr{Y(x,y,z)} does not return 
24939 an error form, the combined error from @expr{z} is used directly for 
24940 @texline @math{\sigma_i}.
24941 @infoline @expr{sigma_i}.  
24942 Finally, @expr{z} is also stripped of its error
24943 for use in computing @expr{F(x,y,z)}, @expr{G(x,y,z)} and so on;
24944 the righthand side of the linearized model is computed in regular
24945 arithmetic with no error forms.
24947 (While these rules may seem complicated, they are designed to do
24948 the most reasonable thing in the typical case that @expr{Y(x,y,z)}
24949 depends only on the dependent variable @expr{z}, and in fact is
24950 often simply equal to @expr{z}.  For common cases like polynomials
24951 and multilinear models, the combined error is simply used as the
24952 @texline @math{\sigma}
24953 @infoline @expr{sigma} 
24954 for the data point with no further ado.)
24956 @tex
24957 \bigskip
24958 @end tex
24960 @vindex FitRules
24961 It may be the case that the model you wish to use is linearizable,
24962 but Calc's built-in rules are unable to figure it out.  Calc uses
24963 its algebraic rewrite mechanism to linearize a model.  The rewrite
24964 rules are kept in the variable @code{FitRules}.  You can edit this
24965 variable using the @kbd{s e FitRules} command; in fact, there is
24966 a special @kbd{s F} command just for editing @code{FitRules}.
24967 @xref{Operations on Variables}.
24969 @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of rewrite rules.
24971 @ignore
24972 @starindex
24973 @end ignore
24974 @tindex fitvar
24975 @ignore
24976 @starindex
24977 @end ignore
24978 @ignore
24979 @mindex @idots
24980 @end ignore
24981 @tindex fitparam
24982 @ignore
24983 @starindex
24984 @end ignore
24985 @ignore
24986 @mindex @null
24987 @end ignore
24988 @tindex fitmodel
24989 @ignore
24990 @starindex
24991 @end ignore
24992 @ignore
24993 @mindex @null
24994 @end ignore
24995 @tindex fitsystem
24996 @ignore
24997 @starindex
24998 @end ignore
24999 @ignore
25000 @mindex @null
25001 @end ignore
25002 @tindex fitdummy
25003 Calc uses @code{FitRules} as follows.  First, it converts the model
25004 to an equation if necessary and encloses the model equation in a
25005 call to the function @code{fitmodel} (which is not actually a defined
25006 function in Calc; it is only used as a placeholder by the rewrite rules).
25007 Parameter variables are renamed to function calls @samp{fitparam(1)},
25008 @samp{fitparam(2)}, and so on, and independent variables are renamed
25009 to @samp{fitvar(1)}, @samp{fitvar(2)}, etc.  The dependent variable
25010 is the highest-numbered @code{fitvar}.  For example, the power law
25011 model @expr{a x^b} is converted to @expr{y = a x^b}, then to
25013 @smallexample
25014 @group
25015 fitmodel(fitvar(2) = fitparam(1) fitvar(1)^fitparam(2))
25016 @end group
25017 @end smallexample
25019 Calc then applies the rewrites as if by @samp{C-u 0 a r FitRules}.
25020 (The zero prefix means that rewriting should continue until no further
25021 changes are possible.)
25023 When rewriting is complete, the @code{fitmodel} call should have
25024 been replaced by a @code{fitsystem} call that looks like this:
25026 @example
25027 fitsystem(@var{Y}, @var{FGH}, @var{abc})
25028 @end example
25030 @noindent
25031 where @var{Y} is a formula that describes the function @expr{Y(x,y,z)},
25032 @var{FGH} is the vector of formulas @expr{[F(x,y,z), G(x,y,z), H(x,y,z)]},
25033 and @var{abc} is the vector of parameter filters which refer to the
25034 raw parameters as @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)}
25035 for @expr{B}, etc.  While the number of raw parameters (the length of
25036 the @var{FGH} vector) is usually the same as the number of original
25037 parameters (the length of the @var{abc} vector), this is not required.
25039 The power law model eventually boils down to
25041 @smallexample
25042 @group
25043 fitsystem(ln(fitvar(2)),
25044           [1, ln(fitvar(1))],
25045           [exp(fitdummy(1)), fitdummy(2)])
25046 @end group
25047 @end smallexample
25049 The actual implementation of @code{FitRules} is complicated; it
25050 proceeds in four phases.  First, common rearrangements are done
25051 to try to bring linear terms together and to isolate functions like
25052 @code{exp} and @code{ln} either all the way ``out'' (so that they
25053 can be put into @var{Y}) or all the way ``in'' (so that they can
25054 be put into @var{abc} or @var{FGH}).  In particular, all
25055 non-constant powers are converted to logs-and-exponentials form,
25056 and the distributive law is used to expand products of sums.
25057 Quotients are rewritten to use the @samp{fitinv} function, where
25058 @samp{fitinv(x)} represents @expr{1/x} while the @code{FitRules}
25059 are operating.  (The use of @code{fitinv} makes recognition of
25060 linear-looking forms easier.)  If you modify @code{FitRules}, you
25061 will probably only need to modify the rules for this phase.
25063 Phase two, whose rules can actually also apply during phases one
25064 and three, first rewrites @code{fitmodel} to a two-argument
25065 form @samp{fitmodel(@var{Y}, @var{model})}, where @var{Y} is
25066 initially zero and @var{model} has been changed from @expr{a=b}
25067 to @expr{a-b} form.  It then tries to peel off invertible functions
25068 from the outside of @var{model} and put them into @var{Y} instead,
25069 calling the equation solver to invert the functions.  Finally, when
25070 this is no longer possible, the @code{fitmodel} is changed to a
25071 four-argument @code{fitsystem}, where the fourth argument is
25072 @var{model} and the @var{FGH} and @var{abc} vectors are initially
25073 empty.  (The last vector is really @var{ABC}, corresponding to
25074 raw parameters, for now.)
25076 Phase three converts a sum of items in the @var{model} to a sum
25077 of @samp{fitpart(@var{a}, @var{b}, @var{c})} terms which represent
25078 terms @samp{@var{a}*@var{b}*@var{c}} of the sum, where @var{a}
25079 is all factors that do not involve any variables, @var{b} is all
25080 factors that involve only parameters, and @var{c} is the factors
25081 that involve only independent variables.  (If this decomposition
25082 is not possible, the rule set will not complete and Calc will
25083 complain that the model is too complex.)  Then @code{fitpart}s
25084 with equal @var{b} or @var{c} components are merged back together
25085 using the distributive law in order to minimize the number of
25086 raw parameters needed.
25088 Phase four moves the @code{fitpart} terms into the @var{FGH} and
25089 @var{ABC} vectors.  Also, some of the algebraic expansions that
25090 were done in phase 1 are undone now to make the formulas more
25091 computationally efficient.  Finally, it calls the solver one more
25092 time to convert the @var{ABC} vector to an @var{abc} vector, and
25093 removes the fourth @var{model} argument (which by now will be zero)
25094 to obtain the three-argument @code{fitsystem} that the linear
25095 least-squares solver wants to see.
25097 @ignore
25098 @starindex
25099 @end ignore
25100 @ignore
25101 @mindex hasfit@idots
25102 @end ignore
25103 @tindex hasfitparams
25104 @ignore
25105 @starindex
25106 @end ignore
25107 @ignore
25108 @mindex @null
25109 @end ignore
25110 @tindex hasfitvars
25111 Two functions which are useful in connection with @code{FitRules}
25112 are @samp{hasfitparams(x)} and @samp{hasfitvars(x)}, which check
25113 whether @expr{x} refers to any parameters or independent variables,
25114 respectively.  Specifically, these functions return ``true'' if the
25115 argument contains any @code{fitparam} (or @code{fitvar}) function
25116 calls, and ``false'' otherwise.  (Recall that ``true'' means a
25117 nonzero number, and ``false'' means zero.  The actual nonzero number
25118 returned is the largest @var{n} from all the @samp{fitparam(@var{n})}s
25119 or @samp{fitvar(@var{n})}s, respectively, that appear in the formula.)
25121 @tex
25122 \bigskip
25123 @end tex
25125 The @code{fit} function in algebraic notation normally takes four
25126 arguments, @samp{fit(@var{model}, @var{vars}, @var{params}, @var{data})},
25127 where @var{model} is the model formula as it would be typed after
25128 @kbd{a F '}, @var{vars} is the independent variable or a vector of
25129 independent variables, @var{params} likewise gives the parameter(s),
25130 and @var{data} is the data matrix.  Note that the length of @var{vars}
25131 must be equal to the number of rows in @var{data} if @var{model} is
25132 an equation, or one less than the number of rows if @var{model} is
25133 a plain formula.  (Actually, a name for the dependent variable is
25134 allowed but will be ignored in the plain-formula case.)
25136 If @var{params} is omitted, the parameters are all variables in
25137 @var{model} except those that appear in @var{vars}.  If @var{vars}
25138 is also omitted, Calc sorts all the variables that appear in
25139 @var{model} alphabetically and uses the higher ones for @var{vars}
25140 and the lower ones for @var{params}.
25142 Alternatively, @samp{fit(@var{modelvec}, @var{data})} is allowed
25143 where @var{modelvec} is a 2- or 3-vector describing the model
25144 and variables, as discussed previously.
25146 If Calc is unable to do the fit, the @code{fit} function is left
25147 in symbolic form, ordinarily with an explanatory message.  The
25148 message will be ``Model expression is too complex'' if the
25149 linearizer was unable to put the model into the required form.
25151 The @code{efit} (corresponding to @kbd{H a F}) and @code{xfit}
25152 (for @kbd{I a F}) functions are completely analogous.
25154 @node Interpolation, ,  Curve Fitting Details, Curve Fitting
25155 @subsection Polynomial Interpolation
25157 @kindex a p
25158 @pindex calc-poly-interp
25159 @tindex polint
25160 The @kbd{a p} (@code{calc-poly-interp}) [@code{polint}] command does
25161 a polynomial interpolation at a particular @expr{x} value.  It takes
25162 two arguments from the stack:  A data matrix of the sort used by
25163 @kbd{a F}, and a single number which represents the desired @expr{x}
25164 value.  Calc effectively does an exact polynomial fit as if by @kbd{a F i},
25165 then substitutes the @expr{x} value into the result in order to get an
25166 approximate @expr{y} value based on the fit.  (Calc does not actually
25167 use @kbd{a F i}, however; it uses a direct method which is both more
25168 efficient and more numerically stable.)
25170 The result of @kbd{a p} is actually a vector of two values:  The @expr{y}
25171 value approximation, and an error measure @expr{dy} that reflects Calc's
25172 estimation of the probable error of the approximation at that value of
25173 @expr{x}.  If the input @expr{x} is equal to any of the @expr{x} values
25174 in the data matrix, the output @expr{y} will be the corresponding @expr{y}
25175 value from the matrix, and the output @expr{dy} will be exactly zero.
25177 A prefix argument of 2 causes @kbd{a p} to take separate x- and
25178 y-vectors from the stack instead of one data matrix.
25180 If @expr{x} is a vector of numbers, @kbd{a p} will return a matrix of
25181 interpolated results for each of those @expr{x} values.  (The matrix will
25182 have two columns, the @expr{y} values and the @expr{dy} values.)
25183 If @expr{x} is a formula instead of a number, the @code{polint} function
25184 remains in symbolic form; use the @kbd{a "} command to expand it out to
25185 a formula that describes the fit in symbolic terms.
25187 In all cases, the @kbd{a p} command leaves the data vectors or matrix
25188 on the stack.  Only the @expr{x} value is replaced by the result.
25190 @kindex H a p
25191 @tindex ratint
25192 The @kbd{H a p} [@code{ratint}] command does a rational function
25193 interpolation.  It is used exactly like @kbd{a p}, except that it
25194 uses as its model the quotient of two polynomials.  If there are
25195 @expr{N} data points, the numerator and denominator polynomials will
25196 each have degree @expr{N/2} (if @expr{N} is odd, the denominator will
25197 have degree one higher than the numerator).
25199 Rational approximations have the advantage that they can accurately
25200 describe functions that have poles (points at which the function's value
25201 goes to infinity, so that the denominator polynomial of the approximation
25202 goes to zero).  If @expr{x} corresponds to a pole of the fitted rational
25203 function, then the result will be a division by zero.  If Infinite mode
25204 is enabled, the result will be @samp{[uinf, uinf]}.
25206 There is no way to get the actual coefficients of the rational function
25207 used by @kbd{H a p}.  (The algorithm never generates these coefficients
25208 explicitly, and quotients of polynomials are beyond @w{@kbd{a F}}'s
25209 capabilities to fit.)
25211 @node Summations, Logical Operations, Curve Fitting, Algebra
25212 @section Summations
25214 @noindent
25215 @cindex Summation of a series
25216 @kindex a +
25217 @pindex calc-summation
25218 @tindex sum
25219 The @kbd{a +} (@code{calc-summation}) [@code{sum}] command computes
25220 the sum of a formula over a certain range of index values.  The formula
25221 is taken from the top of the stack; the command prompts for the
25222 name of the summation index variable, the lower limit of the
25223 sum (any formula), and the upper limit of the sum.  If you
25224 enter a blank line at any of these prompts, that prompt and
25225 any later ones are answered by reading additional elements from
25226 the stack.  Thus, @kbd{' k^2 @key{RET} ' k @key{RET} 1 @key{RET} 5 @key{RET} a + @key{RET}}
25227 produces the result 55.
25228 @tex
25229 \turnoffactive
25230 $$ \sum_{k=1}^5 k^2 = 55 $$
25231 @end tex
25233 The choice of index variable is arbitrary, but it's best not to
25234 use a variable with a stored value.  In particular, while
25235 @code{i} is often a favorite index variable, it should be avoided
25236 in Calc because @code{i} has the imaginary constant @expr{(0, 1)}
25237 as a value.  If you pressed @kbd{=} on a sum over @code{i}, it would
25238 be changed to a nonsensical sum over the ``variable'' @expr{(0, 1)}!
25239 If you really want to use @code{i} as an index variable, use
25240 @w{@kbd{s u i @key{RET}}} first to ``unstore'' this variable.
25241 (@xref{Storing Variables}.)
25243 A numeric prefix argument steps the index by that amount rather
25244 than by one.  Thus @kbd{' a_k @key{RET} C-u -2 a + k @key{RET} 10 @key{RET} 0 @key{RET}}
25245 yields @samp{a_10 + a_8 + a_6 + a_4 + a_2 + a_0}.  A prefix
25246 argument of plain @kbd{C-u} causes @kbd{a +} to prompt for the
25247 step value, in which case you can enter any formula or enter
25248 a blank line to take the step value from the stack.  With the
25249 @kbd{C-u} prefix, @kbd{a +} can take up to five arguments from
25250 the stack:  The formula, the variable, the lower limit, the
25251 upper limit, and (at the top of the stack), the step value.
25253 Calc knows how to do certain sums in closed form.  For example,
25254 @samp{sum(6 k^2, k, 1, n) = @w{2 n^3} + 3 n^2 + n}.  In particular,
25255 this is possible if the formula being summed is polynomial or
25256 exponential in the index variable.  Sums of logarithms are
25257 transformed into logarithms of products.  Sums of trigonometric
25258 and hyperbolic functions are transformed to sums of exponentials
25259 and then done in closed form.  Also, of course, sums in which the
25260 lower and upper limits are both numbers can always be evaluated
25261 just by grinding them out, although Calc will use closed forms
25262 whenever it can for the sake of efficiency.
25264 The notation for sums in algebraic formulas is
25265 @samp{sum(@var{expr}, @var{var}, @var{low}, @var{high}, @var{step})}.
25266 If @var{step} is omitted, it defaults to one.  If @var{high} is
25267 omitted, @var{low} is actually the upper limit and the lower limit
25268 is one.  If @var{low} is also omitted, the limits are @samp{-inf}
25269 and @samp{inf}, respectively.
25271 Infinite sums can sometimes be evaluated:  @samp{sum(.5^k, k, 1, inf)}
25272 returns @expr{1}.  This is done by evaluating the sum in closed
25273 form (to @samp{1. - 0.5^n} in this case), then evaluating this
25274 formula with @code{n} set to @code{inf}.  Calc's usual rules
25275 for ``infinite'' arithmetic can find the answer from there.  If
25276 infinite arithmetic yields a @samp{nan}, or if the sum cannot be
25277 solved in closed form, Calc leaves the @code{sum} function in
25278 symbolic form.  @xref{Infinities}.
25280 As a special feature, if the limits are infinite (or omitted, as
25281 described above) but the formula includes vectors subscripted by
25282 expressions that involve the iteration variable, Calc narrows
25283 the limits to include only the range of integers which result in
25284 legal subscripts for the vector.  For example, the sum
25285 @samp{sum(k [a,b,c,d,e,f,g]_(2k),k)} evaluates to @samp{b + 2 d + 3 f}.
25287 The limits of a sum do not need to be integers.  For example,
25288 @samp{sum(a_k, k, 0, 2 n, n)} produces @samp{a_0 + a_n + a_(2 n)}.
25289 Calc computes the number of iterations using the formula
25290 @samp{1 + (@var{high} - @var{low}) / @var{step}}, which must,
25291 after simplification as if by @kbd{a s}, evaluate to an integer.
25293 If the number of iterations according to the above formula does
25294 not come out to an integer, the sum is illegal and will be left
25295 in symbolic form.  However, closed forms are still supplied, and
25296 you are on your honor not to misuse the resulting formulas by
25297 substituting mismatched bounds into them.  For example,
25298 @samp{sum(k, k, 1, 10, 2)} is invalid, but Calc will go ahead and
25299 evaluate the closed form solution for the limits 1 and 10 to get
25300 the rather dubious answer, 29.25.
25302 If the lower limit is greater than the upper limit (assuming a
25303 positive step size), the result is generally zero.  However,
25304 Calc only guarantees a zero result when the upper limit is
25305 exactly one step less than the lower limit, i.e., if the number
25306 of iterations is @mathit{-1}.  Thus @samp{sum(f(k), k, n, n-1)} is zero
25307 but the sum from @samp{n} to @samp{n-2} may report a nonzero value
25308 if Calc used a closed form solution.
25310 Calc's logical predicates like @expr{a < b} return 1 for ``true''
25311 and 0 for ``false.''  @xref{Logical Operations}.  This can be
25312 used to advantage for building conditional sums.  For example,
25313 @samp{sum(prime(k)*k^2, k, 1, 20)} is the sum of the squares of all
25314 prime numbers from 1 to 20; the @code{prime} predicate returns 1 if
25315 its argument is prime and 0 otherwise.  You can read this expression
25316 as ``the sum of @expr{k^2}, where @expr{k} is prime.''  Indeed,
25317 @samp{sum(prime(k)*k^2, k)} would represent the sum of @emph{all} primes
25318 squared, since the limits default to plus and minus infinity, but
25319 there are no such sums that Calc's built-in rules can do in
25320 closed form.
25322 As another example, @samp{sum((k != k_0) * f(k), k, 1, n)} is the
25323 sum of @expr{f(k)} for all @expr{k} from 1 to @expr{n}, excluding
25324 one value @expr{k_0}.  Slightly more tricky is the summand
25325 @samp{(k != k_0) / (k - k_0)}, which is an attempt to describe
25326 the sum of all @expr{1/(k-k_0)} except at @expr{k = k_0}, where
25327 this would be a division by zero.  But at @expr{k = k_0}, this
25328 formula works out to the indeterminate form @expr{0 / 0}, which
25329 Calc will not assume is zero.  Better would be to use
25330 @samp{(k != k_0) ? 1/(k-k_0) : 0}; the @samp{? :} operator does
25331 an ``if-then-else'' test:  This expression says, ``if 
25332 @texline @math{k \ne k_0},
25333 @infoline @expr{k != k_0},
25334 then @expr{1/(k-k_0)}, else zero.''  Now the formula @expr{1/(k-k_0)}
25335 will not even be evaluated by Calc when @expr{k = k_0}.
25337 @cindex Alternating sums
25338 @kindex a -
25339 @pindex calc-alt-summation
25340 @tindex asum
25341 The @kbd{a -} (@code{calc-alt-summation}) [@code{asum}] command
25342 computes an alternating sum.  Successive terms of the sequence
25343 are given alternating signs, with the first term (corresponding
25344 to the lower index value) being positive.  Alternating sums
25345 are converted to normal sums with an extra term of the form
25346 @samp{(-1)^(k-@var{low})}.  This formula is adjusted appropriately
25347 if the step value is other than one.  For example, the Taylor
25348 series for the sine function is @samp{asum(x^k / k!, k, 1, inf, 2)}.
25349 (Calc cannot evaluate this infinite series, but it can approximate
25350 it if you replace @code{inf} with any particular odd number.)
25351 Calc converts this series to a regular sum with a step of one,
25352 namely @samp{sum((-1)^k x^(2k+1) / (2k+1)!, k, 0, inf)}.
25354 @cindex Product of a sequence
25355 @kindex a *
25356 @pindex calc-product
25357 @tindex prod
25358 The @kbd{a *} (@code{calc-product}) [@code{prod}] command is
25359 the analogous way to take a product of many terms.  Calc also knows
25360 some closed forms for products, such as @samp{prod(k, k, 1, n) = n!}.
25361 Conditional products can be written @samp{prod(k^prime(k), k, 1, n)}
25362 or @samp{prod(prime(k) ? k : 1, k, 1, n)}.
25364 @kindex a T
25365 @pindex calc-tabulate
25366 @tindex table
25367 The @kbd{a T} (@code{calc-tabulate}) [@code{table}] command
25368 evaluates a formula at a series of iterated index values, just
25369 like @code{sum} and @code{prod}, but its result is simply a
25370 vector of the results.  For example, @samp{table(a_i, i, 1, 7, 2)}
25371 produces @samp{[a_1, a_3, a_5, a_7]}.
25373 @node Logical Operations, Rewrite Rules, Summations, Algebra
25374 @section Logical Operations
25376 @noindent
25377 The following commands and algebraic functions return true/false values,
25378 where 1 represents ``true'' and 0 represents ``false.''  In cases where
25379 a truth value is required (such as for the condition part of a rewrite
25380 rule, or as the condition for a @w{@kbd{Z [ Z ]}} control structure), any
25381 nonzero value is accepted to mean ``true.''  (Specifically, anything
25382 for which @code{dnonzero} returns 1 is ``true,'' and anything for
25383 which @code{dnonzero} returns 0 or cannot decide is assumed ``false.''
25384 Note that this means that @w{@kbd{Z [ Z ]}} will execute the ``then''
25385 portion if its condition is provably true, but it will execute the
25386 ``else'' portion for any condition like @expr{a = b} that is not
25387 provably true, even if it might be true.  Algebraic functions that
25388 have conditions as arguments, like @code{? :} and @code{&&}, remain
25389 unevaluated if the condition is neither provably true nor provably
25390 false.  @xref{Declarations}.)
25392 @kindex a =
25393 @pindex calc-equal-to
25394 @tindex eq
25395 @tindex =
25396 @tindex ==
25397 The @kbd{a =} (@code{calc-equal-to}) command, or @samp{eq(a,b)} function
25398 (which can also be written @samp{a = b} or @samp{a == b} in an algebraic
25399 formula) is true if @expr{a} and @expr{b} are equal, either because they
25400 are identical expressions, or because they are numbers which are
25401 numerically equal.  (Thus the integer 1 is considered equal to the float
25402 1.0.)  If the equality of @expr{a} and @expr{b} cannot be determined,
25403 the comparison is left in symbolic form.  Note that as a command, this
25404 operation pops two values from the stack and pushes back either a 1 or
25405 a 0, or a formula @samp{a = b} if the values' equality cannot be determined.
25407 Many Calc commands use @samp{=} formulas to represent @dfn{equations}.
25408 For example, the @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) command rearranges
25409 an equation to solve for a given variable.  The @kbd{a M}
25410 (@code{calc-map-equation}) command can be used to apply any
25411 function to both sides of an equation; for example, @kbd{2 a M *}
25412 multiplies both sides of the equation by two.  Note that just
25413 @kbd{2 *} would not do the same thing; it would produce the formula
25414 @samp{2 (a = b)} which represents 2 if the equality is true or
25415 zero if not.
25417 The @code{eq} function with more than two arguments (e.g., @kbd{C-u 3 a =}
25418 or @samp{a = b = c}) tests if all of its arguments are equal.  In
25419 algebraic notation, the @samp{=} operator is unusual in that it is
25420 neither left- nor right-associative:  @samp{a = b = c} is not the
25421 same as @samp{(a = b) = c} or @samp{a = (b = c)} (which each compare
25422 one variable with the 1 or 0 that results from comparing two other
25423 variables).
25425 @kindex a #
25426 @pindex calc-not-equal-to
25427 @tindex neq
25428 @tindex !=
25429 The @kbd{a #} (@code{calc-not-equal-to}) command, or @samp{neq(a,b)} or
25430 @samp{a != b} function, is true if @expr{a} and @expr{b} are not equal.
25431 This also works with more than two arguments; @samp{a != b != c != d}
25432 tests that all four of @expr{a}, @expr{b}, @expr{c}, and @expr{d} are
25433 distinct numbers.
25435 @kindex a <
25436 @tindex lt
25437 @ignore
25438 @mindex @idots
25439 @end ignore
25440 @kindex a >
25441 @ignore
25442 @mindex @null
25443 @end ignore
25444 @kindex a [
25445 @ignore
25446 @mindex @null
25447 @end ignore
25448 @kindex a ]
25449 @pindex calc-less-than
25450 @pindex calc-greater-than
25451 @pindex calc-less-equal
25452 @pindex calc-greater-equal
25453 @ignore
25454 @mindex @null
25455 @end ignore
25456 @tindex gt
25457 @ignore
25458 @mindex @null
25459 @end ignore
25460 @tindex leq
25461 @ignore
25462 @mindex @null
25463 @end ignore
25464 @tindex geq
25465 @ignore
25466 @mindex @null
25467 @end ignore
25468 @tindex <
25469 @ignore
25470 @mindex @null
25471 @end ignore
25472 @tindex >
25473 @ignore
25474 @mindex @null
25475 @end ignore
25476 @tindex <=
25477 @ignore
25478 @mindex @null
25479 @end ignore
25480 @tindex >=
25481 The @kbd{a <} (@code{calc-less-than}) [@samp{lt(a,b)} or @samp{a < b}]
25482 operation is true if @expr{a} is less than @expr{b}.  Similar functions
25483 are @kbd{a >} (@code{calc-greater-than}) [@samp{gt(a,b)} or @samp{a > b}],
25484 @kbd{a [} (@code{calc-less-equal}) [@samp{leq(a,b)} or @samp{a <= b}], and
25485 @kbd{a ]} (@code{calc-greater-equal}) [@samp{geq(a,b)} or @samp{a >= b}].
25487 While the inequality functions like @code{lt} do not accept more
25488 than two arguments, the syntax @w{@samp{a <= b < c}} is translated to an
25489 equivalent expression involving intervals: @samp{b in [a .. c)}.
25490 (See the description of @code{in} below.)  All four combinations
25491 of @samp{<} and @samp{<=} are allowed, or any of the four combinations
25492 of @samp{>} and @samp{>=}.  Four-argument constructions like
25493 @samp{a < b < c < d}, and mixtures like @w{@samp{a < b = c}} that
25494 involve both equalities and inequalities, are not allowed.
25496 @kindex a .
25497 @pindex calc-remove-equal
25498 @tindex rmeq
25499 The @kbd{a .} (@code{calc-remove-equal}) [@code{rmeq}] command extracts
25500 the righthand side of the equation or inequality on the top of the
25501 stack.  It also works elementwise on vectors.  For example, if
25502 @samp{[x = 2.34, y = z / 2]} is on the stack, then @kbd{a .} produces
25503 @samp{[2.34, z / 2]}.  As a special case, if the righthand side is a
25504 variable and the lefthand side is a number (as in @samp{2.34 = x}), then
25505 Calc keeps the lefthand side instead.  Finally, this command works with
25506 assignments @samp{x := 2.34} as well as equations, always taking the
25507 the righthand side, and for @samp{=>} (evaluates-to) operators, always
25508 taking the lefthand side.
25510 @kindex a &
25511 @pindex calc-logical-and
25512 @tindex land
25513 @tindex &&
25514 The @kbd{a &} (@code{calc-logical-and}) [@samp{land(a,b)} or @samp{a && b}]
25515 function is true if both of its arguments are true, i.e., are
25516 non-zero numbers.  In this case, the result will be either @expr{a} or
25517 @expr{b}, chosen arbitrarily.  If either argument is zero, the result is
25518 zero.  Otherwise, the formula is left in symbolic form.
25520 @kindex a |
25521 @pindex calc-logical-or
25522 @tindex lor
25523 @tindex ||
25524 The @kbd{a |} (@code{calc-logical-or}) [@samp{lor(a,b)} or @samp{a || b}]
25525 function is true if either or both of its arguments are true (nonzero).
25526 The result is whichever argument was nonzero, choosing arbitrarily if both
25527 are nonzero.  If both @expr{a} and @expr{b} are zero, the result is
25528 zero.
25530 @kindex a !
25531 @pindex calc-logical-not
25532 @tindex lnot
25533 @tindex !
25534 The @kbd{a !} (@code{calc-logical-not}) [@samp{lnot(a)} or @samp{!@: a}]
25535 function is true if @expr{a} is false (zero), or false if @expr{a} is
25536 true (nonzero).  It is left in symbolic form if @expr{a} is not a
25537 number.
25539 @kindex a :
25540 @pindex calc-logical-if
25541 @tindex if
25542 @ignore
25543 @mindex ? :
25544 @end ignore
25545 @tindex ?
25546 @ignore
25547 @mindex @null
25548 @end ignore
25549 @tindex :
25550 @cindex Arguments, not evaluated
25551 The @kbd{a :} (@code{calc-logical-if}) [@samp{if(a,b,c)} or @samp{a ? b :@: c}]
25552 function is equal to either @expr{b} or @expr{c} if @expr{a} is a nonzero
25553 number or zero, respectively.  If @expr{a} is not a number, the test is
25554 left in symbolic form and neither @expr{b} nor @expr{c} is evaluated in
25555 any way.  In algebraic formulas, this is one of the few Calc functions
25556 whose arguments are not automatically evaluated when the function itself
25557 is evaluated.  The others are @code{lambda}, @code{quote}, and
25558 @code{condition}.
25560 One minor surprise to watch out for is that the formula @samp{a?3:4}
25561 will not work because the @samp{3:4} is parsed as a fraction instead of
25562 as three separate symbols.  Type something like @samp{a ? 3 : 4} or
25563 @samp{a?(3):4} instead.
25565 As a special case, if @expr{a} evaluates to a vector, then both @expr{b}
25566 and @expr{c} are evaluated; the result is a vector of the same length
25567 as @expr{a} whose elements are chosen from corresponding elements of
25568 @expr{b} and @expr{c} according to whether each element of @expr{a}
25569 is zero or nonzero.  Each of @expr{b} and @expr{c} must be either a
25570 vector of the same length as @expr{a}, or a non-vector which is matched
25571 with all elements of @expr{a}.
25573 @kindex a @{
25574 @pindex calc-in-set
25575 @tindex in
25576 The @kbd{a @{} (@code{calc-in-set}) [@samp{in(a,b)}] function is true if
25577 the number @expr{a} is in the set of numbers represented by @expr{b}.
25578 If @expr{b} is an interval form, @expr{a} must be one of the values
25579 encompassed by the interval.  If @expr{b} is a vector, @expr{a} must be
25580 equal to one of the elements of the vector.  (If any vector elements are
25581 intervals, @expr{a} must be in any of the intervals.)  If @expr{b} is a
25582 plain number, @expr{a} must be numerically equal to @expr{b}.
25583 @xref{Set Operations}, for a group of commands that manipulate sets
25584 of this sort.
25586 @ignore
25587 @starindex
25588 @end ignore
25589 @tindex typeof
25590 The @samp{typeof(a)} function produces an integer or variable which
25591 characterizes @expr{a}.  If @expr{a} is a number, vector, or variable,
25592 the result will be one of the following numbers:
25594 @example
25595  1   Integer
25596  2   Fraction
25597  3   Floating-point number
25598  4   HMS form
25599  5   Rectangular complex number
25600  6   Polar complex number
25601  7   Error form
25602  8   Interval form
25603  9   Modulo form
25604 10   Date-only form
25605 11   Date/time form
25606 12   Infinity (inf, uinf, or nan)
25607 100  Variable
25608 101  Vector (but not a matrix)
25609 102  Matrix
25610 @end example
25612 Otherwise, @expr{a} is a formula, and the result is a variable which
25613 represents the name of the top-level function call.
25615 @ignore
25616 @starindex
25617 @end ignore
25618 @tindex integer
25619 @ignore
25620 @starindex
25621 @end ignore
25622 @tindex real
25623 @ignore
25624 @starindex
25625 @end ignore
25626 @tindex constant
25627 The @samp{integer(a)} function returns true if @expr{a} is an integer.
25628 The @samp{real(a)} function
25629 is true if @expr{a} is a real number, either integer, fraction, or
25630 float.  The @samp{constant(a)} function returns true if @expr{a} is
25631 any of the objects for which @code{typeof} would produce an integer
25632 code result except for variables, and provided that the components of
25633 an object like a vector or error form are themselves constant.
25634 Note that infinities do not satisfy any of these tests, nor do
25635 special constants like @code{pi} and @code{e}.
25637 @xref{Declarations}, for a set of similar functions that recognize
25638 formulas as well as actual numbers.  For example, @samp{dint(floor(x))}
25639 is true because @samp{floor(x)} is provably integer-valued, but
25640 @samp{integer(floor(x))} does not because @samp{floor(x)} is not
25641 literally an integer constant.
25643 @ignore
25644 @starindex
25645 @end ignore
25646 @tindex refers
25647 The @samp{refers(a,b)} function is true if the variable (or sub-expression)
25648 @expr{b} appears in @expr{a}, or false otherwise.  Unlike the other
25649 tests described here, this function returns a definite ``no'' answer
25650 even if its arguments are still in symbolic form.  The only case where
25651 @code{refers} will be left unevaluated is if @expr{a} is a plain
25652 variable (different from @expr{b}).
25654 @ignore
25655 @starindex
25656 @end ignore
25657 @tindex negative
25658 The @samp{negative(a)} function returns true if @expr{a} ``looks'' negative,
25659 because it is a negative number, because it is of the form @expr{-x},
25660 or because it is a product or quotient with a term that looks negative.
25661 This is most useful in rewrite rules.  Beware that @samp{negative(a)}
25662 evaluates to 1 or 0 for @emph{any} argument @expr{a}, so it can only
25663 be stored in a formula if the default simplifications are turned off
25664 first with @kbd{m O} (or if it appears in an unevaluated context such
25665 as a rewrite rule condition).
25667 @ignore
25668 @starindex
25669 @end ignore
25670 @tindex variable
25671 The @samp{variable(a)} function is true if @expr{a} is a variable,
25672 or false if not.  If @expr{a} is a function call, this test is left
25673 in symbolic form.  Built-in variables like @code{pi} and @code{inf}
25674 are considered variables like any others by this test.
25676 @ignore
25677 @starindex
25678 @end ignore
25679 @tindex nonvar
25680 The @samp{nonvar(a)} function is true if @expr{a} is a non-variable.
25681 If its argument is a variable it is left unsimplified; it never
25682 actually returns zero.  However, since Calc's condition-testing
25683 commands consider ``false'' anything not provably true, this is
25684 often good enough.
25686 @ignore
25687 @starindex
25688 @end ignore
25689 @tindex lin
25690 @ignore
25691 @starindex
25692 @end ignore
25693 @tindex linnt
25694 @ignore
25695 @starindex
25696 @end ignore
25697 @tindex islin
25698 @ignore
25699 @starindex
25700 @end ignore
25701 @tindex islinnt
25702 @cindex Linearity testing
25703 The functions @code{lin}, @code{linnt}, @code{islin}, and @code{islinnt}
25704 check if an expression is ``linear,'' i.e., can be written in the form
25705 @expr{a + b x} for some constants @expr{a} and @expr{b}, and some
25706 variable or subformula @expr{x}.  The function @samp{islin(f,x)} checks
25707 if formula @expr{f} is linear in @expr{x}, returning 1 if so.  For
25708 example, @samp{islin(x,x)}, @samp{islin(-x,x)}, @samp{islin(3,x)}, and
25709 @samp{islin(x y / 3 - 2, x)} all return 1.  The @samp{lin(f,x)} function
25710 is similar, except that instead of returning 1 it returns the vector
25711 @expr{[a, b, x]}.  For the above examples, this vector would be
25712 @expr{[0, 1, x]}, @expr{[0, -1, x]}, @expr{[3, 0, x]}, and
25713 @expr{[-2, y/3, x]}, respectively.  Both @code{lin} and @code{islin}
25714 generally remain unevaluated for expressions which are not linear,
25715 e.g., @samp{lin(2 x^2, x)} and @samp{lin(sin(x), x)}.  The second
25716 argument can also be a formula; @samp{islin(2 + 3 sin(x), sin(x))}
25717 returns true.
25719 The @code{linnt} and @code{islinnt} functions perform a similar check,
25720 but require a ``non-trivial'' linear form, which means that the
25721 @expr{b} coefficient must be non-zero.  For example, @samp{lin(2,x)}
25722 returns @expr{[2, 0, x]} and @samp{lin(y,x)} returns @expr{[y, 0, x]},
25723 but @samp{linnt(2,x)} and @samp{linnt(y,x)} are left unevaluated
25724 (in other words, these formulas are considered to be only ``trivially''
25725 linear in @expr{x}).
25727 All four linearity-testing functions allow you to omit the second
25728 argument, in which case the input may be linear in any non-constant
25729 formula.  Here, the @expr{a=0}, @expr{b=1} case is also considered
25730 trivial, and only constant values for @expr{a} and @expr{b} are
25731 recognized.  Thus, @samp{lin(2 x y)} returns @expr{[0, 2, x y]},
25732 @samp{lin(2 - x y)} returns @expr{[2, -1, x y]}, and @samp{lin(x y)}
25733 returns @expr{[0, 1, x y]}.  The @code{linnt} function would allow the
25734 first two cases but not the third.  Also, neither @code{lin} nor
25735 @code{linnt} accept plain constants as linear in the one-argument
25736 case: @samp{islin(2,x)} is true, but @samp{islin(2)} is false.
25738 @ignore
25739 @starindex
25740 @end ignore
25741 @tindex istrue
25742 The @samp{istrue(a)} function returns 1 if @expr{a} is a nonzero
25743 number or provably nonzero formula, or 0 if @expr{a} is anything else.
25744 Calls to @code{istrue} can only be manipulated if @kbd{m O} mode is
25745 used to make sure they are not evaluated prematurely.  (Note that
25746 declarations are used when deciding whether a formula is true;
25747 @code{istrue} returns 1 when @code{dnonzero} would return 1, and
25748 it returns 0 when @code{dnonzero} would return 0 or leave itself
25749 in symbolic form.)
25751 @node Rewrite Rules, , Logical Operations, Algebra
25752 @section Rewrite Rules
25754 @noindent
25755 @cindex Rewrite rules
25756 @cindex Transformations
25757 @cindex Pattern matching
25758 @kindex a r
25759 @pindex calc-rewrite
25760 @tindex rewrite
25761 The @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) [@code{rewrite}] command makes
25762 substitutions in a formula according to a specified pattern or patterns
25763 known as @dfn{rewrite rules}.  Whereas @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
25764 matches literally, so that substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(x)}
25765 matches only the @code{sin} function applied to the variable @code{x},
25766 rewrite rules match general kinds of formulas; rewriting using the rule
25767 @samp{sin(x) := cos(x)} matches @code{sin} of any argument and replaces
25768 it with @code{cos} of that same argument.  The only significance of the
25769 name @code{x} is that the same name is used on both sides of the rule.
25771 Rewrite rules rearrange formulas already in Calc's memory.
25772 @xref{Syntax Tables}, to read about @dfn{syntax rules}, which are
25773 similar to algebraic rewrite rules but operate when new algebraic
25774 entries are being parsed, converting strings of characters into
25775 Calc formulas.
25777 @menu
25778 * Entering Rewrite Rules::
25779 * Basic Rewrite Rules::
25780 * Conditional Rewrite Rules::
25781 * Algebraic Properties of Rewrite Rules::
25782 * Other Features of Rewrite Rules::
25783 * Composing Patterns in Rewrite Rules::
25784 * Nested Formulas with Rewrite Rules::
25785 * Multi-Phase Rewrite Rules::
25786 * Selections with Rewrite Rules::
25787 * Matching Commands::
25788 * Automatic Rewrites::
25789 * Debugging Rewrites::
25790 * Examples of Rewrite Rules::
25791 @end menu
25793 @node Entering Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules, Rewrite Rules
25794 @subsection Entering Rewrite Rules
25796 @noindent
25797 Rewrite rules normally use the ``assignment'' operator
25798 @samp{@var{old} := @var{new}}.
25799 This operator is equivalent to the function call @samp{assign(old, new)}.
25800 The @code{assign} function is undefined by itself in Calc, so an
25801 assignment formula such as a rewrite rule will be left alone by ordinary
25802 Calc commands.  But certain commands, like the rewrite system, interpret
25803 assignments in special ways.
25805 For example, the rule @samp{sin(x)^2 := 1-cos(x)^2} says to replace
25806 every occurrence of the sine of something, squared, with one minus the
25807 square of the cosine of that same thing.  All by itself as a formula
25808 on the stack it does nothing, but when given to the @kbd{a r} command
25809 it turns that command into a sine-squared-to-cosine-squared converter.
25811 To specify a set of rules to be applied all at once, make a vector of
25812 rules.
25814 When @kbd{a r} prompts you to enter the rewrite rules, you can answer
25815 in several ways:
25817 @enumerate
25818 @item
25819 With a rule:  @kbd{f(x) := g(x) @key{RET}}.
25820 @item
25821 With a vector of rules:  @kbd{[f1(x) := g1(x), f2(x) := g2(x)] @key{RET}}.
25822 (You can omit the enclosing square brackets if you wish.)
25823 @item
25824 With the name of a variable that contains the rule or rules vector:
25825 @kbd{myrules @key{RET}}.
25826 @item
25827 With any formula except a rule, a vector, or a variable name; this
25828 will be interpreted as the @var{old} half of a rewrite rule,
25829 and you will be prompted a second time for the @var{new} half:
25830 @kbd{f(x) @key{RET} g(x) @key{RET}}.
25831 @item
25832 With a blank line, in which case the rule, rules vector, or variable
25833 will be taken from the top of the stack (and the formula to be
25834 rewritten will come from the second-to-top position).
25835 @end enumerate
25837 If you enter the rules directly (as opposed to using rules stored
25838 in a variable), those rules will be put into the Trail so that you
25839 can retrieve them later.  @xref{Trail Commands}.
25841 It is most convenient to store rules you use often in a variable and
25842 invoke them by giving the variable name.  The @kbd{s e}
25843 (@code{calc-edit-variable}) command is an easy way to create or edit a
25844 rule set stored in a variable.  You may also wish to use @kbd{s p}
25845 (@code{calc-permanent-variable}) to save your rules permanently;
25846 @pxref{Operations on Variables}.
25848 Rewrite rules are compiled into a special internal form for faster
25849 matching.  If you enter a rule set directly it must be recompiled
25850 every time.  If you store the rules in a variable and refer to them
25851 through that variable, they will be compiled once and saved away
25852 along with the variable for later reference.  This is another good
25853 reason to store your rules in a variable.
25855 Calc also accepts an obsolete notation for rules, as vectors
25856 @samp{[@var{old}, @var{new}]}.  But because it is easily confused with a
25857 vector of two rules, the use of this notation is no longer recommended.
25859 @node Basic Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Entering Rewrite Rules, Rewrite Rules
25860 @subsection Basic Rewrite Rules
25862 @noindent
25863 To match a particular formula @expr{x} with a particular rewrite rule
25864 @samp{@var{old} := @var{new}}, Calc compares the structure of @expr{x} with
25865 the structure of @var{old}.  Variables that appear in @var{old} are
25866 treated as @dfn{meta-variables}; the corresponding positions in @expr{x}
25867 may contain any sub-formulas.  For example, the pattern @samp{f(x,y)}
25868 would match the expression @samp{f(12, a+1)} with the meta-variable
25869 @samp{x} corresponding to 12 and with @samp{y} corresponding to
25870 @samp{a+1}.  However, this pattern would not match @samp{f(12)} or
25871 @samp{g(12, a+1)}, since there is no assignment of the meta-variables
25872 that will make the pattern match these expressions.  Notice that if
25873 the pattern is a single meta-variable, it will match any expression.
25875 If a given meta-variable appears more than once in @var{old}, the
25876 corresponding sub-formulas of @expr{x} must be identical.  Thus
25877 the pattern @samp{f(x,x)} would match @samp{f(12, 12)} and
25878 @samp{f(a+1, a+1)} but not @samp{f(12, a+1)} or @samp{f(a+b, b+a)}.
25879 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for a way to match the latter.)
25881 Things other than variables must match exactly between the pattern
25882 and the target formula.  To match a particular variable exactly, use
25883 the pseudo-function @samp{quote(v)} in the pattern.  For example, the
25884 pattern @samp{x+quote(y)} matches @samp{x+y}, @samp{2+y}, or
25885 @samp{sin(a)+y}.
25887 The special variable names @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi},
25888 @samp{gamma}, @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} always match
25889 literally.  Thus the pattern @samp{sin(d + e + f)} acts exactly like
25890 @samp{sin(d + quote(e) + f)}.
25892 If the @var{old} pattern is found to match a given formula, that
25893 formula is replaced by @var{new}, where any occurrences in @var{new}
25894 of meta-variables from the pattern are replaced with the sub-formulas
25895 that they matched.  Thus, applying the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x)}
25896 to @samp{f(12, a+1)} would produce @samp{g(a+13, 12)}.
25898 The normal @kbd{a r} command applies rewrite rules over and over
25899 throughout the target formula until no further changes are possible
25900 (up to a limit of 100 times).  Use @kbd{C-u 1 a r} to make only one
25901 change at a time.
25903 @node Conditional Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules
25904 @subsection Conditional Rewrite Rules
25906 @noindent
25907 A rewrite rule can also be @dfn{conditional}, written in the form
25908 @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}}.  (There is also the obsolete
25909 form @samp{[@var{old}, @var{new}, @var{cond}]}.)  If a @var{cond} part
25910 is present in the
25911 rule, this is an additional condition that must be satisfied before
25912 the rule is accepted.  Once @var{old} has been successfully matched
25913 to the target expression, @var{cond} is evaluated (with all the
25914 meta-variables substituted for the values they matched) and simplified
25915 with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}).  If the result is a nonzero
25916 number or any other object known to be nonzero (@pxref{Declarations}),
25917 the rule is accepted.  If the result is zero or if it is a symbolic
25918 formula that is not known to be nonzero, the rule is rejected.
25919 @xref{Logical Operations}, for a number of functions that return
25920 1 or 0 according to the results of various tests.
25922 For example, the formula @samp{n > 0} simplifies to 1 or 0 if @expr{n}
25923 is replaced by a positive or nonpositive number, respectively (or if
25924 @expr{n} has been declared to be positive or nonpositive).  Thus,
25925 the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x) :: x+y > 0} would apply to
25926 @samp{f(0, 4)} but not to @samp{f(-3, 2)} or @samp{f(12, a+1)}
25927 (assuming no outstanding declarations for @expr{a}).  In the case of
25928 @samp{f(-3, 2)}, the condition can be shown not to be satisfied; in
25929 the case of @samp{f(12, a+1)}, the condition merely cannot be shown
25930 to be satisfied, but that is enough to reject the rule.
25932 While Calc will use declarations to reason about variables in the
25933 formula being rewritten, declarations do not apply to meta-variables.
25934 For example, the rule @samp{f(a) := g(a+1)} will match for any values
25935 of @samp{a}, such as complex numbers, vectors, or formulas, even if
25936 @samp{a} has been declared to be real or scalar.  If you want the
25937 meta-variable @samp{a} to match only literal real numbers, use
25938 @samp{f(a) := g(a+1) :: real(a)}.  If you want @samp{a} to match only
25939 reals and formulas which are provably real, use @samp{dreal(a)} as
25940 the condition.
25942 The @samp{::} operator is a shorthand for the @code{condition}
25943 function; @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}} is equivalent to
25944 the formula @samp{condition(assign(@var{old}, @var{new}), @var{cond})}.
25946 If you have several conditions, you can use @samp{... :: c1 :: c2 :: c3}
25947 or @samp{... :: c1 && c2 && c3}.  The two are entirely equivalent.
25949 It is also possible to embed conditions inside the pattern:
25950 @samp{f(x :: x>0, y) := g(y+x, x)}.  This is purely a notational
25951 convenience, though; where a condition appears in a rule has no
25952 effect on when it is tested.  The rewrite-rule compiler automatically
25953 decides when it is best to test each condition while a rule is being
25954 matched.
25956 Certain conditions are handled as special cases by the rewrite rule
25957 system and are tested very efficiently:  Where @expr{x} is any
25958 meta-variable, these conditions are @samp{integer(x)}, @samp{real(x)},
25959 @samp{constant(x)}, @samp{negative(x)}, @samp{x >= y} where @expr{y}
25960 is either a constant or another meta-variable and @samp{>=} may be
25961 replaced by any of the six relational operators, and @samp{x % a = b}
25962 where @expr{a} and @expr{b} are constants.  Other conditions, like
25963 @samp{x >= y+1} or @samp{dreal(x)}, will be less efficient to check
25964 since Calc must bring the whole evaluator and simplifier into play.
25966 An interesting property of @samp{::} is that neither of its arguments
25967 will be touched by Calc's default simplifications.  This is important
25968 because conditions often are expressions that cannot safely be
25969 evaluated early.  For example, the @code{typeof} function never
25970 remains in symbolic form; entering @samp{typeof(a)} will put the
25971 number 100 (the type code for variables like @samp{a}) on the stack.
25972 But putting the condition @samp{... :: typeof(a) = 6} on the stack
25973 is safe since @samp{::} prevents the @code{typeof} from being
25974 evaluated until the condition is actually used by the rewrite system.
25976 Since @samp{::} protects its lefthand side, too, you can use a dummy
25977 condition to protect a rule that must itself not evaluate early.
25978 For example, it's not safe to put @samp{a(f,x) := apply(f, [x])} on
25979 the stack because it will immediately evaluate to @samp{a(f,x) := f(x)},
25980 where the meta-variable-ness of @code{f} on the righthand side has been
25981 lost.  But @samp{a(f,x) := apply(f, [x]) :: 1} is safe, and of course
25982 the condition @samp{1} is always true (nonzero) so it has no effect on
25983 the functioning of the rule.  (The rewrite compiler will ensure that
25984 it doesn't even impact the speed of matching the rule.)
25986 @node Algebraic Properties of Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Rewrite Rules
25987 @subsection Algebraic Properties of Rewrite Rules
25989 @noindent
25990 The rewrite mechanism understands the algebraic properties of functions
25991 like @samp{+} and @samp{*}.  In particular, pattern matching takes
25992 the associativity and commutativity of the following functions into
25993 account:
25995 @smallexample
25996 + - *  = !=  && ||  and or xor  vint vunion vxor  gcd lcm  max min  beta
25997 @end smallexample
25999 For example, the rewrite rule:
26001 @example
26002 a x + b x  :=  (a + b) x
26003 @end example
26005 @noindent
26006 will match formulas of the form,
26008 @example
26009 a x + b x,  x a + x b,  a x + x b,  x a + b x
26010 @end example
26012 Rewrites also understand the relationship between the @samp{+} and @samp{-}
26013 operators.  The above rewrite rule will also match the formulas,
26015 @example
26016 a x - b x,  x a - x b,  a x - x b,  x a - b x
26017 @end example
26019 @noindent
26020 by matching @samp{b} in the pattern to @samp{-b} from the formula.
26022 Applied to a sum of many terms like @samp{r + a x + s + b x + t}, this
26023 pattern will check all pairs of terms for possible matches.  The rewrite
26024 will take whichever suitable pair it discovers first.
26026 In general, a pattern using an associative operator like @samp{a + b}
26027 will try @var{2 n} different ways to match a sum of @var{n} terms
26028 like @samp{x + y + z - w}.  First, @samp{a} is matched against each
26029 of @samp{x}, @samp{y}, @samp{z}, and @samp{-w} in turn, with @samp{b}
26030 being matched to the remainders @samp{y + z - w}, @samp{x + z - w}, etc.
26031 If none of these succeed, then @samp{b} is matched against each of the
26032 four terms with @samp{a} matching the remainder.  Half-and-half matches,
26033 like @samp{(x + y) + (z - w)}, are not tried.
26035 Note that @samp{*} is not commutative when applied to matrices, but
26036 rewrite rules pretend that it is.  If you type @kbd{m v} to enable
26037 Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), rewrite rules will match @samp{*}
26038 literally, ignoring its usual commutativity property.  (In the
26039 current implementation, the associativity also vanishes---it is as
26040 if the pattern had been enclosed in a @code{plain} marker; see below.)
26041 If you are applying rewrites to formulas with matrices, it's best to
26042 enable Matrix mode first to prevent algebraically incorrect rewrites
26043 from occurring.
26045 The pattern @samp{-x} will actually match any expression.  For example,
26046 the rule
26048 @example
26049 f(-x)  :=  -f(x)
26050 @end example
26052 @noindent
26053 will rewrite @samp{f(a)} to @samp{-f(-a)}.  To avoid this, either use
26054 a @code{plain} marker as described below, or add a @samp{negative(x)}
26055 condition.  The @code{negative} function is true if its argument
26056 ``looks'' negative, for example, because it is a negative number or
26057 because it is a formula like @samp{-x}.  The new rule using this
26058 condition is:
26060 @example
26061 f(x)  :=  -f(-x)  :: negative(x)    @r{or, equivalently,}
26062 f(-x)  :=  -f(x)  :: negative(-x)
26063 @end example
26065 In the same way, the pattern @samp{x - y} will match the sum @samp{a + b}
26066 by matching @samp{y} to @samp{-b}.
26068 The pattern @samp{a b} will also match the formula @samp{x/y} if
26069 @samp{y} is a number.  Thus the rule @samp{a x + @w{b x} := (a+b) x}
26070 will also convert @samp{a x + x / 2} to @samp{(a + 0.5) x} (or
26071 @samp{(a + 1:2) x}, depending on the current fraction mode).
26073 Calc will @emph{not} take other liberties with @samp{*}, @samp{/}, and
26074 @samp{^}.  For example, the pattern @samp{f(a b)} will not match
26075 @samp{f(x^2)}, and @samp{f(a + b)} will not match @samp{f(2 x)}, even
26076 though conceivably these patterns could match with @samp{a = b = x}.
26077 Nor will @samp{f(a b)} match @samp{f(x / y)} if @samp{y} is not a
26078 constant, even though it could be considered to match with @samp{a = x}
26079 and @samp{b = 1/y}.  The reasons are partly for efficiency, and partly
26080 because while few mathematical operations are substantively different
26081 for addition and subtraction, often it is preferable to treat the cases
26082 of multiplication, division, and integer powers separately.
26084 Even more subtle is the rule set
26086 @example
26087 [ f(a) + f(b) := f(a + b),  -f(a) := f(-a) ]
26088 @end example
26090 @noindent
26091 attempting to match @samp{f(x) - f(y)}.  You might think that Calc
26092 will view this subtraction as @samp{f(x) + (-f(y))} and then apply
26093 the above two rules in turn, but actually this will not work because
26094 Calc only does this when considering rules for @samp{+} (like the
26095 first rule in this set).  So it will see first that @samp{f(x) + (-f(y))}
26096 does not match @samp{f(a) + f(b)} for any assignments of the
26097 meta-variables, and then it will see that @samp{f(x) - f(y)} does
26098 not match @samp{-f(a)} for any assignment of @samp{a}.  Because Calc
26099 tries only one rule at a time, it will not be able to rewrite
26100 @samp{f(x) - f(y)} with this rule set.  An explicit @samp{f(a) - f(b)}
26101 rule will have to be added.
26103 Another thing patterns will @emph{not} do is break up complex numbers.
26104 The pattern @samp{myconj(a + @w{b i)} := a - b i} will work for formulas
26105 involving the special constant @samp{i} (such as @samp{3 - 4 i}), but
26106 it will not match actual complex numbers like @samp{(3, -4)}.  A version
26107 of the above rule for complex numbers would be
26109 @example
26110 myconj(a)  :=  re(a) - im(a) (0,1)  :: im(a) != 0
26111 @end example
26113 @noindent
26114 (Because the @code{re} and @code{im} functions understand the properties
26115 of the special constant @samp{i}, this rule will also work for
26116 @samp{3 - 4 i}.  In fact, this particular rule would probably be better
26117 without the @samp{im(a) != 0} condition, since if @samp{im(a) = 0} the
26118 righthand side of the rule will still give the correct answer for the
26119 conjugate of a real number.)
26121 It is also possible to specify optional arguments in patterns.  The rule
26123 @example
26124 opt(a) x + opt(b) (x^opt(c) + opt(d))  :=  f(a, b, c, d)
26125 @end example
26127 @noindent
26128 will match the formula
26130 @example
26131 5 (x^2 - 4) + 3 x
26132 @end example
26134 @noindent
26135 in a fairly straightforward manner, but it will also match reduced
26136 formulas like
26138 @example
26139 x + x^2,    2(x + 1) - x,    x + x
26140 @end example
26142 @noindent
26143 producing, respectively,
26145 @example
26146 f(1, 1, 2, 0),   f(-1, 2, 1, 1),   f(1, 1, 1, 0)
26147 @end example
26149 (The latter two formulas can be entered only if default simplifications
26150 have been turned off with @kbd{m O}.)
26152 The default value for a term of a sum is zero.  The default value
26153 for a part of a product, for a power, or for the denominator of a
26154 quotient, is one.  Also, @samp{-x} matches the pattern @samp{opt(a) b}
26155 with @samp{a = -1}.
26157 In particular, the distributive-law rule can be refined to
26159 @example
26160 opt(a) x + opt(b) x  :=  (a + b) x
26161 @end example
26163 @noindent
26164 so that it will convert, e.g., @samp{a x - x}, to @samp{(a - 1) x}.
26166 The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x} matches almost any formulas which
26167 are linear in @samp{x}.  You can also use the @code{lin} and @code{islin}
26168 functions with rewrite conditions to test for this; @pxref{Logical
26169 Operations}.  These functions are not as convenient to use in rewrite
26170 rules, but they recognize more kinds of formulas as linear:
26171 @samp{x/z} is considered linear with @expr{b = 1/z} by @code{lin},
26172 but it will not match the above pattern because that pattern calls
26173 for a multiplication, not a division.
26175 As another example, the obvious rule to replace @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2}
26176 by 1,
26178 @example
26179 sin(x)^2 + cos(x)^2  :=  1
26180 @end example
26182 @noindent
26183 misses many cases because the sine and cosine may both be multiplied by
26184 an equal factor.  Here's a more successful rule:
26186 @example
26187 opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2  :=  a
26188 @end example
26190 Note that this rule will @emph{not} match @samp{sin(x)^2 + 6 cos(x)^2}
26191 because one @expr{a} would have ``matched'' 1 while the other matched 6.
26193 Calc automatically converts a rule like
26195 @example
26196 f(x-1, x)  :=  g(x)
26197 @end example
26199 @noindent
26200 into the form
26202 @example
26203 f(temp, x)  :=  g(x)  :: temp = x-1
26204 @end example
26206 @noindent
26207 (where @code{temp} stands for a new, invented meta-variable that
26208 doesn't actually have a name).  This modified rule will successfully
26209 match @samp{f(6, 7)}, binding @samp{temp} and @samp{x} to 6 and 7,
26210 respectively, then verifying that they differ by one even though
26211 @samp{6} does not superficially look like @samp{x-1}.
26213 However, Calc does not solve equations to interpret a rule.  The
26214 following rule,
26216 @example
26217 f(x-1, x+1)  :=  g(x)
26218 @end example
26220 @noindent
26221 will not work.  That is, it will match @samp{f(a - 1 + b, a + 1 + b)}
26222 but not @samp{f(6, 8)}.  Calc always interprets at least one occurrence
26223 of a variable by literal matching.  If the variable appears ``isolated''
26224 then Calc is smart enough to use it for literal matching.  But in this
26225 last example, Calc is forced to rewrite the rule to @samp{f(x-1, temp)
26226 := g(x) :: temp = x+1} where the @samp{x-1} term must correspond to an
26227 actual ``something-minus-one'' in the target formula.
26229 A successful way to write this would be @samp{f(x, x+2) := g(x+1)}.
26230 You could make this resemble the original form more closely by using
26231 @code{let} notation, which is described in the next section:
26233 @example
26234 f(xm1, x+1)  :=  g(x)  :: let(x := xm1+1)
26235 @end example
26237 Calc does this rewriting or ``conditionalizing'' for any sub-pattern
26238 which involves only the functions in the following list, operating
26239 only on constants and meta-variables which have already been matched
26240 elsewhere in the pattern.  When matching a function call, Calc is
26241 careful to match arguments which are plain variables before arguments
26242 which are calls to any of the functions below, so that a pattern like
26243 @samp{f(x-1, x)} can be conditionalized even though the isolated
26244 @samp{x} comes after the @samp{x-1}.
26246 @smallexample
26247 + - * / \ % ^  abs sign  round rounde roundu trunc floor ceil
26248 max min  re im conj arg
26249 @end smallexample
26251 You can suppress all of the special treatments described in this
26252 section by surrounding a function call with a @code{plain} marker.
26253 This marker causes the function call which is its argument to be
26254 matched literally, without regard to commutativity, associativity,
26255 negation, or conditionalization.  When you use @code{plain}, the
26256 ``deep structure'' of the formula being matched can show through.
26257 For example,
26259 @example
26260 plain(a - a b)  :=  f(a, b)
26261 @end example
26263 @noindent
26264 will match only literal subtractions.  However, the @code{plain}
26265 marker does not affect its arguments' arguments.  In this case,
26266 commutativity and associativity is still considered while matching
26267 the @w{@samp{a b}} sub-pattern, so the whole pattern will match
26268 @samp{x - y x} as well as @samp{x - x y}.  We could go still
26269 further and use
26271 @example
26272 plain(a - plain(a b))  :=  f(a, b)
26273 @end example
26275 @noindent
26276 which would do a completely strict match for the pattern.
26278 By contrast, the @code{quote} marker means that not only the
26279 function name but also the arguments must be literally the same.
26280 The above pattern will match @samp{x - x y} but
26282 @example
26283 quote(a - a b)  :=  f(a, b)
26284 @end example
26286 @noindent
26287 will match only the single formula @samp{a - a b}.  Also,
26289 @example
26290 quote(a - quote(a b))  :=  f(a, b)
26291 @end example
26293 @noindent
26294 will match only @samp{a - quote(a b)}---probably not the desired
26295 effect!
26297 A certain amount of algebra is also done when substituting the
26298 meta-variables on the righthand side of a rule.  For example,
26299 in the rule
26301 @example
26302 a + f(b)  :=  f(a + b)
26303 @end example
26305 @noindent
26306 matching @samp{f(x) - y} would produce @samp{f((-y) + x)} if
26307 taken literally, but the rewrite mechanism will simplify the
26308 righthand side to @samp{f(x - y)} automatically.  (Of course,
26309 the default simplifications would do this anyway, so this
26310 special simplification is only noticeable if you have turned the
26311 default simplifications off.)  This rewriting is done only when
26312 a meta-variable expands to a ``negative-looking'' expression.
26313 If this simplification is not desirable, you can use a @code{plain}
26314 marker on the righthand side:
26316 @example
26317 a + f(b)  :=  f(plain(a + b))
26318 @end example
26320 @noindent
26321 In this example, we are still allowing the pattern-matcher to
26322 use all the algebra it can muster, but the righthand side will
26323 always simplify to a literal addition like @samp{f((-y) + x)}.
26325 @node Other Features of Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26326 @subsection Other Features of Rewrite Rules
26328 @noindent
26329 Certain ``function names'' serve as markers in rewrite rules.
26330 Here is a complete list of these markers.  First are listed the
26331 markers that work inside a pattern; then come the markers that
26332 work in the righthand side of a rule.
26334 @ignore
26335 @starindex
26336 @end ignore
26337 @tindex import
26338 One kind of marker, @samp{import(x)}, takes the place of a whole
26339 rule.  Here @expr{x} is the name of a variable containing another
26340 rule set; those rules are ``spliced into'' the rule set that
26341 imports them.  For example, if @samp{[f(a+b) := f(a) + f(b),
26342 f(a b) := a f(b) :: real(a)]} is stored in variable @samp{linearF},
26343 then the rule set @samp{[f(0) := 0, import(linearF)]} will apply
26344 all three rules.  It is possible to modify the imported rules
26345 slightly:  @samp{import(x, v1, x1, v2, x2, @dots{})} imports
26346 the rule set @expr{x} with all occurrences of 
26347 @texline @math{v_1},
26348 @infoline @expr{v1}, 
26349 as either a variable name or a function name, replaced with 
26350 @texline @math{x_1}
26351 @infoline @expr{x1} 
26352 and so on.  (If 
26353 @texline @math{v_1}
26354 @infoline @expr{v1} 
26355 is used as a function name, then 
26356 @texline @math{x_1}
26357 @infoline @expr{x1}
26358 must be either a function name itself or a @w{@samp{< >}} nameless
26359 function; @pxref{Specifying Operators}.)  For example, @samp{[g(0) := 0,
26360 import(linearF, f, g)]} applies the linearity rules to the function
26361 @samp{g} instead of @samp{f}.  Imports can be nested, but the
26362 import-with-renaming feature may fail to rename sub-imports properly.
26364 The special functions allowed in patterns are:
26366 @table @samp
26367 @item quote(x)
26368 @ignore
26369 @starindex
26370 @end ignore
26371 @tindex quote
26372 This pattern matches exactly @expr{x}; variable names in @expr{x} are
26373 not interpreted as meta-variables.  The only flexibility is that
26374 numbers are compared for numeric equality, so that the pattern
26375 @samp{f(quote(12))} will match both @samp{f(12)} and @samp{f(12.0)}.
26376 (Numbers are always treated this way by the rewrite mechanism:
26377 The rule @samp{f(x,x) := g(x)} will match @samp{f(12, 12.0)}.
26378 The rewrite may produce either @samp{g(12)} or @samp{g(12.0)}
26379 as a result in this case.)
26381 @item plain(x)
26382 @ignore
26383 @starindex
26384 @end ignore
26385 @tindex plain
26386 Here @expr{x} must be a function call @samp{f(x1,x2,@dots{})}.  This
26387 pattern matches a call to function @expr{f} with the specified
26388 argument patterns.  No special knowledge of the properties of the
26389 function @expr{f} is used in this case; @samp{+} is not commutative or
26390 associative.  Unlike @code{quote}, the arguments @samp{x1,x2,@dots{}}
26391 are treated as patterns.  If you wish them to be treated ``plainly''
26392 as well, you must enclose them with more @code{plain} markers:
26393 @samp{plain(plain(@w{-a}) + plain(b c))}.
26395 @item opt(x,def)
26396 @ignore
26397 @starindex
26398 @end ignore
26399 @tindex opt
26400 Here @expr{x} must be a variable name.  This must appear as an
26401 argument to a function or an element of a vector; it specifies that
26402 the argument or element is optional.
26403 As an argument to @samp{+}, @samp{-}, @samp{*}, @samp{&&}, or @samp{||},
26404 or as the second argument to @samp{/} or @samp{^}, the value @var{def}
26405 may be omitted.  The pattern @samp{x + opt(y)} matches a sum by
26406 binding one summand to @expr{x} and the other to @expr{y}, and it
26407 matches anything else by binding the whole expression to @expr{x} and
26408 zero to @expr{y}.  The other operators above work similarly.
26410 For general miscellaneous functions, the default value @code{def}
26411 must be specified.  Optional arguments are dropped starting with
26412 the rightmost one during matching.  For example, the pattern
26413 @samp{f(opt(a,0), b, opt(c,b))} will match @samp{f(b)}, @samp{f(a,b)},
26414 or @samp{f(a,b,c)}.  Default values of zero and @expr{b} are
26415 supplied in this example for the omitted arguments.  Note that
26416 the literal variable @expr{b} will be the default in the latter
26417 case, @emph{not} the value that matched the meta-variable @expr{b}.
26418 In other words, the default @var{def} is effectively quoted.
26420 @item condition(x,c)
26421 @ignore
26422 @starindex
26423 @end ignore
26424 @tindex condition
26425 @tindex ::
26426 This matches the pattern @expr{x}, with the attached condition
26427 @expr{c}.  It is the same as @samp{x :: c}.
26429 @item pand(x,y)
26430 @ignore
26431 @starindex
26432 @end ignore
26433 @tindex pand
26434 @tindex &&&
26435 This matches anything that matches both pattern @expr{x} and
26436 pattern @expr{y}.  It is the same as @samp{x &&& y}.
26437 @pxref{Composing Patterns in Rewrite Rules}.
26439 @item por(x,y)
26440 @ignore
26441 @starindex
26442 @end ignore
26443 @tindex por
26444 @tindex |||
26445 This matches anything that matches either pattern @expr{x} or
26446 pattern @expr{y}.  It is the same as @w{@samp{x ||| y}}.
26448 @item pnot(x)
26449 @ignore
26450 @starindex
26451 @end ignore
26452 @tindex pnot
26453 @tindex !!!
26454 This matches anything that does not match pattern @expr{x}.
26455 It is the same as @samp{!!! x}.
26457 @item cons(h,t)
26458 @ignore
26459 @mindex cons
26460 @end ignore
26461 @tindex cons (rewrites)
26462 This matches any vector of one or more elements.  The first
26463 element is matched to @expr{h}; a vector of the remaining
26464 elements is matched to @expr{t}.  Note that vectors of fixed
26465 length can also be matched as actual vectors:  The rule
26466 @samp{cons(a,cons(b,[])) := cons(a+b,[])} is equivalent
26467 to the rule @samp{[a,b] := [a+b]}.
26469 @item rcons(t,h)
26470 @ignore
26471 @mindex rcons
26472 @end ignore
26473 @tindex rcons (rewrites)
26474 This is like @code{cons}, except that the @emph{last} element
26475 is matched to @expr{h}, with the remaining elements matched
26476 to @expr{t}.
26478 @item apply(f,args)
26479 @ignore
26480 @mindex apply
26481 @end ignore
26482 @tindex apply (rewrites)
26483 This matches any function call.  The name of the function, in
26484 the form of a variable, is matched to @expr{f}.  The arguments
26485 of the function, as a vector of zero or more objects, are
26486 matched to @samp{args}.  Constants, variables, and vectors
26487 do @emph{not} match an @code{apply} pattern.  For example,
26488 @samp{apply(f,x)} matches any function call, @samp{apply(quote(f),x)}
26489 matches any call to the function @samp{f}, @samp{apply(f,[a,b])}
26490 matches any function call with exactly two arguments, and
26491 @samp{apply(quote(f), cons(a,cons(b,x)))} matches any call
26492 to the function @samp{f} with two or more arguments.  Another
26493 way to implement the latter, if the rest of the rule does not
26494 need to refer to the first two arguments of @samp{f} by name,
26495 would be @samp{apply(quote(f), x :: vlen(x) >= 2)}.
26496 Here's a more interesting sample use of @code{apply}:
26498 @example
26499 apply(f,[x+n])  :=  n + apply(f,[x])
26500    :: in(f, [floor,ceil,round,trunc]) :: integer(n)
26501 @end example
26503 Note, however, that this will be slower to match than a rule
26504 set with four separate rules.  The reason is that Calc sorts
26505 the rules of a rule set according to top-level function name;
26506 if the top-level function is @code{apply}, Calc must try the
26507 rule for every single formula and sub-formula.  If the top-level
26508 function in the pattern is, say, @code{floor}, then Calc invokes
26509 the rule only for sub-formulas which are calls to @code{floor}.
26511 Formulas normally written with operators like @code{+} are still
26512 considered function calls:  @code{apply(f,x)} matches @samp{a+b}
26513 with @samp{f = add}, @samp{x = [a,b]}.
26515 You must use @code{apply} for meta-variables with function names
26516 on both sides of a rewrite rule:  @samp{apply(f, [x]) := f(x+1)}
26517 is @emph{not} correct, because it rewrites @samp{spam(6)} into
26518 @samp{f(7)}.  The righthand side should be @samp{apply(f, [x+1])}.
26519 Also note that you will have to use No-Simplify mode (@kbd{m O})
26520 when entering this rule so that the @code{apply} isn't
26521 evaluated immediately to get the new rule @samp{f(x) := f(x+1)}.
26522 Or, use @kbd{s e} to enter the rule without going through the stack,
26523 or enter the rule as @samp{apply(f, [x]) := apply(f, [x+1]) @w{:: 1}}.
26524 @xref{Conditional Rewrite Rules}.
26526 @item select(x)
26527 @ignore
26528 @starindex
26529 @end ignore
26530 @tindex select
26531 This is used for applying rules to formulas with selections;
26532 @pxref{Selections with Rewrite Rules}.
26533 @end table
26535 Special functions for the righthand sides of rules are:
26537 @table @samp
26538 @item quote(x)
26539 The notation @samp{quote(x)} is changed to @samp{x} when the
26540 righthand side is used.  As far as the rewrite rule is concerned,
26541 @code{quote} is invisible.  However, @code{quote} has the special
26542 property in Calc that its argument is not evaluated.  Thus,
26543 while it will not work to put the rule @samp{t(a) := typeof(a)}
26544 on the stack because @samp{typeof(a)} is evaluated immediately
26545 to produce @samp{t(a) := 100}, you can use @code{quote} to
26546 protect the righthand side:  @samp{t(a) := quote(typeof(a))}.
26547 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for another trick for
26548 protecting rules from evaluation.)
26550 @item plain(x)
26551 Special properties of and simplifications for the function call
26552 @expr{x} are not used.  One interesting case where @code{plain}
26553 is useful is the rule, @samp{q(x) := quote(x)}, trying to expand a
26554 shorthand notation for the @code{quote} function.  This rule will
26555 not work as shown; instead of replacing @samp{q(foo)} with
26556 @samp{quote(foo)}, it will replace it with @samp{foo}!  The correct
26557 rule would be @samp{q(x) := plain(quote(x))}.
26559 @item cons(h,t)
26560 Where @expr{t} is a vector, this is converted into an expanded
26561 vector during rewrite processing.  Note that @code{cons} is a regular
26562 Calc function which normally does this anyway; the only way @code{cons}
26563 is treated specially by rewrites is that @code{cons} on the righthand
26564 side of a rule will be evaluated even if default simplifications
26565 have been turned off.
26567 @item rcons(t,h)
26568 Analogous to @code{cons} except putting @expr{h} at the @emph{end} of
26569 the vector @expr{t}.
26571 @item apply(f,args)
26572 Where @expr{f} is a variable and @var{args} is a vector, this
26573 is converted to a function call.  Once again, note that @code{apply}
26574 is also a regular Calc function.
26576 @item eval(x)
26577 @ignore
26578 @starindex
26579 @end ignore
26580 @tindex eval
26581 The formula @expr{x} is handled in the usual way, then the
26582 default simplifications are applied to it even if they have
26583 been turned off normally.  This allows you to treat any function
26584 similarly to the way @code{cons} and @code{apply} are always
26585 treated.  However, there is a slight difference:  @samp{cons(2+3, [])}
26586 with default simplifications off will be converted to @samp{[2+3]},
26587 whereas @samp{eval(cons(2+3, []))} will be converted to @samp{[5]}.
26589 @item evalsimp(x)
26590 @ignore
26591 @starindex
26592 @end ignore
26593 @tindex evalsimp
26594 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the usual
26595 way, then algebraically simplified as if by the @kbd{a s} command.
26597 @item evalextsimp(x)
26598 @ignore
26599 @starindex
26600 @end ignore
26601 @tindex evalextsimp
26602 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the normal
26603 way, then ``extendedly'' simplified as if by the @kbd{a e} command.
26605 @item select(x)
26606 @xref{Selections with Rewrite Rules}.
26607 @end table
26609 There are also some special functions you can use in conditions.
26611 @table @samp
26612 @item let(v := x)
26613 @ignore
26614 @starindex
26615 @end ignore
26616 @tindex let
26617 The expression @expr{x} is evaluated with meta-variables substituted.
26618 The @kbd{a s} command's simplifications are @emph{not} applied by
26619 default, but @expr{x} can include calls to @code{evalsimp} or
26620 @code{evalextsimp} as described above to invoke higher levels
26621 of simplification.  The
26622 result of @expr{x} is then bound to the meta-variable @expr{v}.  As
26623 usual, if this meta-variable has already been matched to something
26624 else the two values must be equal; if the meta-variable is new then
26625 it is bound to the result of the expression.  This variable can then
26626 appear in later conditions, and on the righthand side of the rule.
26627 In fact, @expr{v} may be any pattern in which case the result of
26628 evaluating @expr{x} is matched to that pattern, binding any
26629 meta-variables that appear in that pattern.  Note that @code{let}
26630 can only appear by itself as a condition, or as one term of an
26631 @samp{&&} which is a whole condition:  It cannot be inside
26632 an @samp{||} term or otherwise buried.
26634 The alternate, equivalent form @samp{let(v, x)} is also recognized.
26635 Note that the use of @samp{:=} by @code{let}, while still being
26636 assignment-like in character, is unrelated to the use of @samp{:=}
26637 in the main part of a rewrite rule.
26639 As an example, @samp{f(a) := g(ia) :: let(ia := 1/a) :: constant(ia)}
26640 replaces @samp{f(a)} with @samp{g} of the inverse of @samp{a}, if
26641 that inverse exists and is constant.  For example, if @samp{a} is a
26642 singular matrix the operation @samp{1/a} is left unsimplified and
26643 @samp{constant(ia)} fails, but if @samp{a} is an invertible matrix
26644 then the rule succeeds.  Without @code{let} there would be no way
26645 to express this rule that didn't have to invert the matrix twice.
26646 Note that, because the meta-variable @samp{ia} is otherwise unbound
26647 in this rule, the @code{let} condition itself always ``succeeds''
26648 because no matter what @samp{1/a} evaluates to, it can successfully
26649 be bound to @code{ia}.
26651 Here's another example, for integrating cosines of linear
26652 terms:  @samp{myint(cos(y),x) := sin(y)/b :: let([a,b,x] := lin(y,x))}.
26653 The @code{lin} function returns a 3-vector if its argument is linear,
26654 or leaves itself unevaluated if not.  But an unevaluated @code{lin}
26655 call will not match the 3-vector on the lefthand side of the @code{let},
26656 so this @code{let} both verifies that @code{y} is linear, and binds
26657 the coefficients @code{a} and @code{b} for use elsewhere in the rule.
26658 (It would have been possible to use @samp{sin(a x + b)/b} for the
26659 righthand side instead, but using @samp{sin(y)/b} avoids gratuitous
26660 rearrangement of the argument of the sine.)
26662 @ignore
26663 @starindex
26664 @end ignore
26665 @tindex ierf
26666 Similarly, here is a rule that implements an inverse-@code{erf}
26667 function.  It uses @code{root} to search for a solution.  If
26668 @code{root} succeeds, it will return a vector of two numbers
26669 where the first number is the desired solution.  If no solution
26670 is found, @code{root} remains in symbolic form.  So we use
26671 @code{let} to check that the result was indeed a vector.
26673 @example
26674 ierf(x)  :=  y  :: let([y,z] := root(erf(a) = x, a, .5))
26675 @end example
26677 @item matches(v,p)
26678 The meta-variable @var{v}, which must already have been matched
26679 to something elsewhere in the rule, is compared against pattern
26680 @var{p}.  Since @code{matches} is a standard Calc function, it
26681 can appear anywhere in a condition.  But if it appears alone or
26682 as a term of a top-level @samp{&&}, then you get the special
26683 extra feature that meta-variables which are bound to things
26684 inside @var{p} can be used elsewhere in the surrounding rewrite
26685 rule.
26687 The only real difference between @samp{let(p := v)} and
26688 @samp{matches(v, p)} is that the former evaluates @samp{v} using
26689 the default simplifications, while the latter does not.
26691 @item remember
26692 @vindex remember
26693 This is actually a variable, not a function.  If @code{remember}
26694 appears as a condition in a rule, then when that rule succeeds
26695 the original expression and rewritten expression are added to the
26696 front of the rule set that contained the rule.  If the rule set
26697 was not stored in a variable, @code{remember} is ignored.  The
26698 lefthand side is enclosed in @code{quote} in the added rule if it
26699 contains any variables.
26701 For example, the rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: remember} applied
26702 to @samp{f(7)} will add the rule @samp{f(7) := 7 f(6)} to the front
26703 of the rule set.  The rule set @code{EvalRules} works slightly
26704 differently:  There, the evaluation of @samp{f(6)} will complete before
26705 the result is added to the rule set, in this case as @samp{f(7) := 5040}.
26706 Thus @code{remember} is most useful inside @code{EvalRules}.
26708 It is up to you to ensure that the optimization performed by
26709 @code{remember} is safe.  For example, the rule @samp{foo(n) := n
26710 :: evalv(eatfoo) > 0 :: remember} is a bad idea (@code{evalv} is
26711 the function equivalent of the @kbd{=} command); if the variable
26712 @code{eatfoo} ever contains 1, rules like @samp{foo(7) := 7} will
26713 be added to the rule set and will continue to operate even if
26714 @code{eatfoo} is later changed to 0.
26716 @item remember(c)
26717 @ignore
26718 @starindex
26719 @end ignore
26720 @tindex remember
26721 Remember the match as described above, but only if condition @expr{c}
26722 is true.  For example, @samp{remember(n % 4 = 0)} in the above factorial
26723 rule remembers only every fourth result.  Note that @samp{remember(1)}
26724 is equivalent to @samp{remember}, and @samp{remember(0)} has no effect.
26725 @end table
26727 @node Composing Patterns in Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26728 @subsection Composing Patterns in Rewrite Rules
26730 @noindent
26731 There are three operators, @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!},
26732 that combine rewrite patterns to make larger patterns.  The
26733 combinations are ``and,'' ``or,'' and ``not,'' respectively, and
26734 these operators are the pattern equivalents of @samp{&&}, @samp{||}
26735 and @samp{!} (which operate on zero-or-nonzero logical values).
26737 Note that @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!} are left in symbolic
26738 form by all regular Calc features; they have special meaning only in
26739 the context of rewrite rule patterns.
26741 The pattern @samp{@var{p1} &&& @var{p2}} matches anything that
26742 matches both @var{p1} and @var{p2}.  One especially useful case is
26743 when one of @var{p1} or @var{p2} is a meta-variable.  For example,
26744 here is a rule that operates on error forms:
26746 @example
26747 f(x &&& a +/- b, x)  :=  g(x)
26748 @end example
26750 This does the same thing, but is arguably simpler than, the rule
26752 @example
26753 f(a +/- b, a +/- b)  :=  g(a +/- b)
26754 @end example
26756 @ignore
26757 @starindex
26758 @end ignore
26759 @tindex ends
26760 Here's another interesting example:
26762 @example
26763 ends(cons(a, x) &&& rcons(y, b))  :=  [a, b]
26764 @end example
26766 @noindent
26767 which effectively clips out the middle of a vector leaving just
26768 the first and last elements.  This rule will change a one-element
26769 vector @samp{[a]} to @samp{[a, a]}.  The similar rule
26771 @example
26772 ends(cons(a, rcons(y, b)))  :=  [a, b]
26773 @end example
26775 @noindent
26776 would do the same thing except that it would fail to match a
26777 one-element vector.
26779 @tex
26780 \bigskip
26781 @end tex
26783 The pattern @samp{@var{p1} ||| @var{p2}} matches anything that
26784 matches either @var{p1} or @var{p2}.  Calc first tries matching
26785 against @var{p1}; if that fails, it goes on to try @var{p2}.
26787 @ignore
26788 @starindex
26789 @end ignore
26790 @tindex curve
26791 A simple example of @samp{|||} is
26793 @example
26794 curve(inf ||| -inf)  :=  0
26795 @end example
26797 @noindent
26798 which converts both @samp{curve(inf)} and @samp{curve(-inf)} to zero.
26800 Here is a larger example:
26802 @example
26803 log(a, b) ||| (ln(a) :: let(b := e))  :=  mylog(a, b)
26804 @end example
26806 This matches both generalized and natural logarithms in a single rule.
26807 Note that the @samp{::} term must be enclosed in parentheses because
26808 that operator has lower precedence than @samp{|||} or @samp{:=}.
26810 (In practice this rule would probably include a third alternative,
26811 omitted here for brevity, to take care of @code{log10}.)
26813 While Calc generally treats interior conditions exactly the same as
26814 conditions on the outside of a rule, it does guarantee that if all the
26815 variables in the condition are special names like @code{e}, or already
26816 bound in the pattern to which the condition is attached (say, if
26817 @samp{a} had appeared in this condition), then Calc will process this
26818 condition right after matching the pattern to the left of the @samp{::}.
26819 Thus, we know that @samp{b} will be bound to @samp{e} only if the
26820 @code{ln} branch of the @samp{|||} was taken.
26822 Note that this rule was careful to bind the same set of meta-variables
26823 on both sides of the @samp{|||}.  Calc does not check this, but if
26824 you bind a certain meta-variable only in one branch and then use that
26825 meta-variable elsewhere in the rule, results are unpredictable:
26827 @example
26828 f(a,b) ||| g(b)  :=  h(a,b)
26829 @end example
26831 Here if the pattern matches @samp{g(17)}, Calc makes no promises about
26832 the value that will be substituted for @samp{a} on the righthand side.
26834 @tex
26835 \bigskip
26836 @end tex
26838 The pattern @samp{!!! @var{pat}} matches anything that does not
26839 match @var{pat}.  Any meta-variables that are bound while matching
26840 @var{pat} remain unbound outside of @var{pat}.
26842 For example,
26844 @example
26845 f(x &&& !!! a +/- b, !!![])  :=  g(x)
26846 @end example
26848 @noindent
26849 converts @code{f} whose first argument is anything @emph{except} an
26850 error form, and whose second argument is not the empty vector, into
26851 a similar call to @code{g} (but without the second argument).
26853 If we know that the second argument will be a vector (empty or not),
26854 then an equivalent rule would be:
26856 @example
26857 f(x, y)  :=  g(x)  :: typeof(x) != 7 :: vlen(y) > 0
26858 @end example
26860 @noindent
26861 where of course 7 is the @code{typeof} code for error forms.
26862 Another final condition, that works for any kind of @samp{y},
26863 would be @samp{!istrue(y == [])}.  (The @code{istrue} function
26864 returns an explicit 0 if its argument was left in symbolic form;
26865 plain @samp{!(y == [])} or @samp{y != []} would not work to replace
26866 @samp{!!![]} since these would be left unsimplified, and thus cause
26867 the rule to fail, if @samp{y} was something like a variable name.)
26869 It is possible for a @samp{!!!} to refer to meta-variables bound
26870 elsewhere in the pattern.  For example,
26872 @example
26873 f(a, !!!a)  :=  g(a)
26874 @end example
26876 @noindent
26877 matches any call to @code{f} with different arguments, changing
26878 this to @code{g} with only the first argument.
26880 If a function call is to be matched and one of the argument patterns
26881 contains a @samp{!!!} somewhere inside it, that argument will be
26882 matched last.  Thus
26884 @example
26885 f(!!!a, a)  :=  g(a)
26886 @end example
26888 @noindent
26889 will be careful to bind @samp{a} to the second argument of @code{f}
26890 before testing the first argument.  If Calc had tried to match the
26891 first argument of @code{f} first, the results would have been
26892 disastrous: since @code{a} was unbound so far, the pattern @samp{a}
26893 would have matched anything at all, and the pattern @samp{!!!a}
26894 therefore would @emph{not} have matched anything at all!
26896 @node Nested Formulas with Rewrite Rules, Multi-Phase Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Rewrite Rules
26897 @subsection Nested Formulas with Rewrite Rules
26899 @noindent
26900 When @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) is used, it takes an expression from
26901 the top of the stack and attempts to match any of the specified rules
26902 to any part of the expression, starting with the whole expression
26903 and then, if that fails, trying deeper and deeper sub-expressions.
26904 For each part of the expression, the rules are tried in the order
26905 they appear in the rules vector.  The first rule to match the first
26906 sub-expression wins; it replaces the matched sub-expression according
26907 to the @var{new} part of the rule.
26909 Often, the rule set will match and change the formula several times.
26910 The top-level formula is first matched and substituted repeatedly until
26911 it no longer matches the pattern; then, sub-formulas are tried, and
26912 so on.  Once every part of the formula has gotten its chance, the
26913 rewrite mechanism starts over again with the top-level formula
26914 (in case a substitution of one of its arguments has caused it again
26915 to match).  This continues until no further matches can be made
26916 anywhere in the formula.
26918 It is possible for a rule set to get into an infinite loop.  The
26919 most obvious case, replacing a formula with itself, is not a problem
26920 because a rule is not considered to ``succeed'' unless the righthand
26921 side actually comes out to something different than the original
26922 formula or sub-formula that was matched.  But if you accidentally
26923 had both @samp{ln(a b) := ln(a) + ln(b)} and the reverse
26924 @samp{ln(a) + ln(b) := ln(a b)} in your rule set, Calc would
26925 run forever switching a formula back and forth between the two
26926 forms.
26928 To avoid disaster, Calc normally stops after 100 changes have been
26929 made to the formula.  This will be enough for most multiple rewrites,
26930 but it will keep an endless loop of rewrites from locking up the
26931 computer forever.  (On most systems, you can also type @kbd{C-g} to
26932 halt any Emacs command prematurely.)
26934 To change this limit, give a positive numeric prefix argument.
26935 In particular, @kbd{M-1 a r} applies only one rewrite at a time,
26936 useful when you are first testing your rule (or just if repeated
26937 rewriting is not what is called for by your application).
26939 @ignore
26940 @starindex
26941 @end ignore
26942 @ignore
26943 @mindex iter@idots
26944 @end ignore
26945 @tindex iterations
26946 You can also put a ``function call'' @samp{iterations(@var{n})}
26947 in place of a rule anywhere in your rules vector (but usually at
26948 the top).  Then, @var{n} will be used instead of 100 as the default
26949 number of iterations for this rule set.  You can use
26950 @samp{iterations(inf)} if you want no iteration limit by default.
26951 A prefix argument will override the @code{iterations} limit in the
26952 rule set.
26954 @example
26955 [ iterations(1),
26956   f(x) := f(x+1) ]
26957 @end example
26959 More precisely, the limit controls the number of ``iterations,''
26960 where each iteration is a successful matching of a rule pattern whose
26961 righthand side, after substituting meta-variables and applying the
26962 default simplifications, is different from the original sub-formula
26963 that was matched.
26965 A prefix argument of zero sets the limit to infinity.  Use with caution!
26967 Given a negative numeric prefix argument, @kbd{a r} will match and
26968 substitute the top-level expression up to that many times, but
26969 will not attempt to match the rules to any sub-expressions.
26971 In a formula, @code{rewrite(@var{expr}, @var{rules}, @var{n})}
26972 does a rewriting operation.  Here @var{expr} is the expression
26973 being rewritten, @var{rules} is the rule, vector of rules, or
26974 variable containing the rules, and @var{n} is the optional
26975 iteration limit, which may be a positive integer, a negative
26976 integer, or @samp{inf} or @samp{-inf}.  If @var{n} is omitted
26977 the @code{iterations} value from the rule set is used; if both
26978 are omitted, 100 is used.
26980 @node Multi-Phase Rewrite Rules, Selections with Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Rewrite Rules
26981 @subsection Multi-Phase Rewrite Rules
26983 @noindent
26984 It is possible to separate a rewrite rule set into several @dfn{phases}.
26985 During each phase, certain rules will be enabled while certain others
26986 will be disabled.  A @dfn{phase schedule} controls the order in which
26987 phases occur during the rewriting process.
26989 @ignore
26990 @starindex
26991 @end ignore
26992 @tindex phase
26993 @vindex all
26994 If a call to the marker function @code{phase} appears in the rules
26995 vector in place of a rule, all rules following that point will be
26996 members of the phase(s) identified in the arguments to @code{phase}.
26997 Phases are given integer numbers.  The markers @samp{phase()} and
26998 @samp{phase(all)} both mean the following rules belong to all phases;
26999 this is the default at the start of the rule set.
27001 If you do not explicitly schedule the phases, Calc sorts all phase
27002 numbers that appear in the rule set and executes the phases in
27003 ascending order.  For example, the rule set
27005 @example
27006 @group
27007 [ f0(x) := g0(x),
27008   phase(1),
27009   f1(x) := g1(x),
27010   phase(2),
27011   f2(x) := g2(x),
27012   phase(3),
27013   f3(x) := g3(x),
27014   phase(1,2),
27015   f4(x) := g4(x) ]
27016 @end group
27017 @end example
27019 @noindent
27020 has three phases, 1 through 3.  Phase 1 consists of the @code{f0},
27021 @code{f1}, and @code{f4} rules (in that order).  Phase 2 consists of
27022 @code{f0}, @code{f2}, and @code{f4}.  Phase 3 consists of @code{f0}
27023 and @code{f3}.
27025 When Calc rewrites a formula using this rule set, it first rewrites
27026 the formula using only the phase 1 rules until no further changes are
27027 possible.  Then it switches to the phase 2 rule set and continues
27028 until no further changes occur, then finally rewrites with phase 3.
27029 When no more phase 3 rules apply, rewriting finishes.  (This is
27030 assuming @kbd{a r} with a large enough prefix argument to allow the
27031 rewriting to run to completion; the sequence just described stops
27032 early if the number of iterations specified in the prefix argument,
27033 100 by default, is reached.)
27035 During each phase, Calc descends through the nested levels of the
27036 formula as described previously.  (@xref{Nested Formulas with Rewrite
27037 Rules}.)  Rewriting starts at the top of the formula, then works its
27038 way down to the parts, then goes back to the top and works down again.
27039 The phase 2 rules do not begin until no phase 1 rules apply anywhere
27040 in the formula.
27042 @ignore
27043 @starindex
27044 @end ignore
27045 @tindex schedule
27046 A @code{schedule} marker appearing in the rule set (anywhere, but
27047 conventionally at the top) changes the default schedule of phases.
27048 In the simplest case, @code{schedule} has a sequence of phase numbers
27049 for arguments; each phase number is invoked in turn until the
27050 arguments to @code{schedule} are exhausted.  Thus adding
27051 @samp{schedule(3,2,1)} at the top of the above rule set would
27052 reverse the order of the phases; @samp{schedule(1,2,3)} would have
27053 no effect since this is the default schedule; and @samp{schedule(1,2,1,3)}
27054 would give phase 1 a second chance after phase 2 has completed, before
27055 moving on to phase 3.
27057 Any argument to @code{schedule} can instead be a vector of phase
27058 numbers (or even of sub-vectors).  Then the sub-sequence of phases
27059 described by the vector are tried repeatedly until no change occurs
27060 in any phase in the sequence.  For example, @samp{schedule([1, 2], 3)}
27061 tries phase 1, then phase 2, then, if either phase made any changes
27062 to the formula, repeats these two phases until they can make no
27063 further progress.  Finally, it goes on to phase 3 for finishing
27064 touches.
27066 Also, items in @code{schedule} can be variable names as well as
27067 numbers.  A variable name is interpreted as the name of a function
27068 to call on the whole formula.  For example, @samp{schedule(1, simplify)}
27069 says to apply the phase-1 rules (presumably, all of them), then to
27070 call @code{simplify} which is the function name equivalent of @kbd{a s}.
27071 Likewise, @samp{schedule([1, simplify])} says to alternate between
27072 phase 1 and @kbd{a s} until no further changes occur.
27074 Phases can be used purely to improve efficiency; if it is known that
27075 a certain group of rules will apply only at the beginning of rewriting,
27076 and a certain other group will apply only at the end, then rewriting
27077 will be faster if these groups are identified as separate phases.
27078 Once the phase 1 rules are done, Calc can put them aside and no longer
27079 spend any time on them while it works on phase 2.
27081 There are also some problems that can only be solved with several
27082 rewrite phases.  For a real-world example of a multi-phase rule set,
27083 examine the set @code{FitRules}, which is used by the curve-fitting
27084 command to convert a model expression to linear form.
27085 @xref{Curve Fitting Details}.  This set is divided into four phases.
27086 The first phase rewrites certain kinds of expressions to be more
27087 easily linearizable, but less computationally efficient.  After the
27088 linear components have been picked out, the final phase includes the
27089 opposite rewrites to put each component back into an efficient form.
27090 If both sets of rules were included in one big phase, Calc could get
27091 into an infinite loop going back and forth between the two forms.
27093 Elsewhere in @code{FitRules}, the components are first isolated,
27094 then recombined where possible to reduce the complexity of the linear
27095 fit, then finally packaged one component at a time into vectors.
27096 If the packaging rules were allowed to begin before the recombining
27097 rules were finished, some components might be put away into vectors
27098 before they had a chance to recombine.  By putting these rules in
27099 two separate phases, this problem is neatly avoided.
27101 @node Selections with Rewrite Rules, Matching Commands, Multi-Phase Rewrite Rules, Rewrite Rules
27102 @subsection Selections with Rewrite Rules
27104 @noindent
27105 If a sub-formula of the current formula is selected (as by @kbd{j s};
27106 @pxref{Selecting Subformulas}), the @kbd{a r} (@code{calc-rewrite})
27107 command applies only to that sub-formula.  Together with a negative
27108 prefix argument, you can use this fact to apply a rewrite to one
27109 specific part of a formula without affecting any other parts.
27111 @kindex j r
27112 @pindex calc-rewrite-selection
27113 The @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command allows more
27114 sophisticated operations on selections.  This command prompts for
27115 the rules in the same way as @kbd{a r}, but it then applies those
27116 rules to the whole formula in question even though a sub-formula
27117 of it has been selected.  However, the selected sub-formula will
27118 first have been surrounded by a @samp{select( )} function call.
27119 (Calc's evaluator does not understand the function name @code{select};
27120 this is only a tag used by the @kbd{j r} command.)
27122 For example, suppose the formula on the stack is @samp{2 (a + b)^2}
27123 and the sub-formula @samp{a + b} is selected.  This formula will
27124 be rewritten to @samp{2 select(a + b)^2} and then the rewrite
27125 rules will be applied in the usual way.  The rewrite rules can
27126 include references to @code{select} to tell where in the pattern
27127 the selected sub-formula should appear.
27129 If there is still exactly one @samp{select( )} function call in
27130 the formula after rewriting is done, it indicates which part of
27131 the formula should be selected afterwards.  Otherwise, the
27132 formula will be unselected.
27134 You can make @kbd{j r} act much like @kbd{a r} by enclosing both parts
27135 of the rewrite rule with @samp{select()}.  However, @kbd{j r}
27136 allows you to use the current selection in more flexible ways.
27137 Suppose you wished to make a rule which removed the exponent from
27138 the selected term; the rule @samp{select(a)^x := select(a)} would
27139 work.  In the above example, it would rewrite @samp{2 select(a + b)^2}
27140 to @samp{2 select(a + b)}.  This would then be returned to the
27141 stack as @samp{2 (a + b)} with the @samp{a + b} selected.
27143 The @kbd{j r} command uses one iteration by default, unlike
27144 @kbd{a r} which defaults to 100 iterations.  A numeric prefix
27145 argument affects @kbd{j r} in the same way as @kbd{a r}.
27146 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.
27148 As with other selection commands, @kbd{j r} operates on the stack
27149 entry that contains the cursor.  (If the cursor is on the top-of-stack
27150 @samp{.} marker, it works as if the cursor were on the formula
27151 at stack level 1.)
27153 If you don't specify a set of rules, the rules are taken from the
27154 top of the stack, just as with @kbd{a r}.  In this case, the
27155 cursor must indicate stack entry 2 or above as the formula to be
27156 rewritten (otherwise the same formula would be used as both the
27157 target and the rewrite rules).
27159 If the indicated formula has no selection, the cursor position within
27160 the formula temporarily selects a sub-formula for the purposes of this
27161 command.  If the cursor is not on any sub-formula (e.g., it is in
27162 the line-number area to the left of the formula), the @samp{select( )}
27163 markers are ignored by the rewrite mechanism and the rules are allowed
27164 to apply anywhere in the formula.
27166 As a special feature, the normal @kbd{a r} command also ignores
27167 @samp{select( )} calls in rewrite rules.  For example, if you used the
27168 above rule @samp{select(a)^x := select(a)} with @kbd{a r}, it would apply
27169 the rule as if it were @samp{a^x := a}.  Thus, you can write general
27170 purpose rules with @samp{select( )} hints inside them so that they
27171 will ``do the right thing'' in both @kbd{a r} and @kbd{j r},
27172 both with and without selections.
27174 @node Matching Commands, Automatic Rewrites, Selections with Rewrite Rules, Rewrite Rules
27175 @subsection Matching Commands
27177 @noindent
27178 @kindex a m
27179 @pindex calc-match
27180 @tindex match
27181 The @kbd{a m} (@code{calc-match}) [@code{match}] function takes a
27182 vector of formulas and a rewrite-rule-style pattern, and produces
27183 a vector of all formulas which match the pattern.  The command
27184 prompts you to enter the pattern; as for @kbd{a r}, you can enter
27185 a single pattern (i.e., a formula with meta-variables), or a
27186 vector of patterns, or a variable which contains patterns, or
27187 you can give a blank response in which case the patterns are taken
27188 from the top of the stack.  The pattern set will be compiled once
27189 and saved if it is stored in a variable.  If there are several
27190 patterns in the set, vector elements are kept if they match any
27191 of the patterns.
27193 For example, @samp{match(a+b, [x, x+y, x-y, 7, x+y+z])}
27194 will return @samp{[x+y, x-y, x+y+z]}.
27196 The @code{import} mechanism is not available for pattern sets.
27198 The @kbd{a m} command can also be used to extract all vector elements
27199 which satisfy any condition:  The pattern @samp{x :: x>0} will select
27200 all the positive vector elements.
27202 @kindex I a m
27203 @tindex matchnot
27204 With the Inverse flag [@code{matchnot}], this command extracts all
27205 vector elements which do @emph{not} match the given pattern.
27207 @ignore
27208 @starindex
27209 @end ignore
27210 @tindex matches
27211 There is also a function @samp{matches(@var{x}, @var{p})} which
27212 evaluates to 1 if expression @var{x} matches pattern @var{p}, or
27213 to 0 otherwise.  This is sometimes useful for including into the
27214 conditional clauses of other rewrite rules.
27216 @ignore
27217 @starindex
27218 @end ignore
27219 @tindex vmatches
27220 The function @code{vmatches} is just like @code{matches}, except
27221 that if the match succeeds it returns a vector of assignments to
27222 the meta-variables instead of the number 1.  For example,
27223 @samp{vmatches(f(1,2), f(a,b))} returns @samp{[a := 1, b := 2]}.
27224 If the match fails, the function returns the number 0.
27226 @node Automatic Rewrites, Debugging Rewrites, Matching Commands, Rewrite Rules
27227 @subsection Automatic Rewrites
27229 @noindent
27230 @cindex @code{EvalRules} variable
27231 @vindex EvalRules
27232 It is possible to get Calc to apply a set of rewrite rules on all
27233 results, effectively adding to the built-in set of default
27234 simplifications.  To do this, simply store your rule set in the
27235 variable @code{EvalRules}.  There is a convenient @kbd{s E} command
27236 for editing @code{EvalRules}; @pxref{Operations on Variables}.
27238 For example, suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out
27239 to @samp{sin(b) cos(a) + cos(b) sin(a)} wherever it appears, and
27240 similarly for @samp{cos(a + b)}.  The corresponding rewrite rule
27241 set would be,
27243 @smallexample
27244 @group
27245 [ sin(a + b)  :=  cos(a) sin(b) + sin(a) cos(b),
27246   cos(a + b)  :=  cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b) ]
27247 @end group
27248 @end smallexample
27250 To apply these manually, you could put them in a variable called
27251 @code{trigexp} and then use @kbd{a r trigexp} every time you wanted
27252 to expand trig functions.  But if instead you store them in the
27253 variable @code{EvalRules}, they will automatically be applied to all
27254 sines and cosines of sums.  Then, with @samp{2 x} and @samp{45} on
27255 the stack, typing @kbd{+ S} will (assuming Degrees mode) result in
27256 @samp{0.7071 sin(2 x) + 0.7071 cos(2 x)} automatically.
27258 As each level of a formula is evaluated, the rules from
27259 @code{EvalRules} are applied before the default simplifications.
27260 Rewriting continues until no further @code{EvalRules} apply.
27261 Note that this is different from the usual order of application of
27262 rewrite rules:  @code{EvalRules} works from the bottom up, simplifying
27263 the arguments to a function before the function itself, while @kbd{a r}
27264 applies rules from the top down.
27266 Because the @code{EvalRules} are tried first, you can use them to
27267 override the normal behavior of any built-in Calc function.
27269 It is important not to write a rule that will get into an infinite
27270 loop.  For example, the rule set @samp{[f(0) := 1, f(n) := n f(n-1)]}
27271 appears to be a good definition of a factorial function, but it is
27272 unsafe.  Imagine what happens if @samp{f(2.5)} is simplified.  Calc
27273 will continue to subtract 1 from this argument forever without reaching
27274 zero.  A safer second rule would be @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0}.
27275 Another dangerous rule is @samp{g(x, y) := g(y, x)}.  Rewriting
27276 @samp{g(2, 4)}, this would bounce back and forth between that and
27277 @samp{g(4, 2)} forever.  If an infinite loop in @code{EvalRules}
27278 occurs, Emacs will eventually stop with a ``Computation got stuck
27279 or ran too long'' message.
27281 Another subtle difference between @code{EvalRules} and regular rewrites
27282 concerns rules that rewrite a formula into an identical formula.  For
27283 example, @samp{f(n) := f(floor(n))} ``fails to match'' when @expr{n} is
27284 already an integer.  But in @code{EvalRules} this case is detected only
27285 if the righthand side literally becomes the original formula before any
27286 further simplification.  This means that @samp{f(n) := f(floor(n))} will
27287 get into an infinite loop if it occurs in @code{EvalRules}.  Calc will
27288 replace @samp{f(6)} with @samp{f(floor(6))}, which is different from
27289 @samp{f(6)}, so it will consider the rule to have matched and will
27290 continue simplifying that formula; first the argument is simplified
27291 to get @samp{f(6)}, then the rule matches again to get @samp{f(floor(6))}
27292 again, ad infinitum.  A much safer rule would check its argument first,
27293 say, with @samp{f(n) := f(floor(n)) :: !dint(n)}.
27295 (What really happens is that the rewrite mechanism substitutes the
27296 meta-variables in the righthand side of a rule, compares to see if the
27297 result is the same as the original formula and fails if so, then uses
27298 the default simplifications to simplify the result and compares again
27299 (and again fails if the formula has simplified back to its original
27300 form).  The only special wrinkle for the @code{EvalRules} is that the
27301 same rules will come back into play when the default simplifications
27302 are used.  What Calc wants to do is build @samp{f(floor(6))}, see that
27303 this is different from the original formula, simplify to @samp{f(6)},
27304 see that this is the same as the original formula, and thus halt the
27305 rewriting.  But while simplifying, @samp{f(6)} will again trigger
27306 the same @code{EvalRules} rule and Calc will get into a loop inside
27307 the rewrite mechanism itself.)
27309 The @code{phase}, @code{schedule}, and @code{iterations} markers do
27310 not work in @code{EvalRules}.  If the rule set is divided into phases,
27311 only the phase 1 rules are applied, and the schedule is ignored.
27312 The rules are always repeated as many times as possible.
27314 The @code{EvalRules} are applied to all function calls in a formula,
27315 but not to numbers (and other number-like objects like error forms),
27316 nor to vectors or individual variable names.  (Though they will apply
27317 to @emph{components} of vectors and error forms when appropriate.)  You
27318 might try to make a variable @code{phihat} which automatically expands
27319 to its definition without the need to press @kbd{=} by writing the
27320 rule @samp{quote(phihat) := (1-sqrt(5))/2}, but unfortunately this rule
27321 will not work as part of @code{EvalRules}.
27323 Finally, another limitation is that Calc sometimes calls its built-in
27324 functions directly rather than going through the default simplifications.
27325 When it does this, @code{EvalRules} will not be able to override those
27326 functions.  For example, when you take the absolute value of the complex
27327 number @expr{(2, 3)}, Calc computes @samp{sqrt(2*2 + 3*3)} by calling
27328 the multiplication, addition, and square root functions directly rather
27329 than applying the default simplifications to this formula.  So an
27330 @code{EvalRules} rule that (perversely) rewrites @samp{sqrt(13) := 6}
27331 would not apply.  (However, if you put Calc into Symbolic mode so that
27332 @samp{sqrt(13)} will be left in symbolic form by the built-in square
27333 root function, your rule will be able to apply.  But if the complex
27334 number were @expr{(3,4)}, so that @samp{sqrt(25)} must be calculated,
27335 then Symbolic mode will not help because @samp{sqrt(25)} can be
27336 evaluated exactly to 5.)
27338 One subtle restriction that normally only manifests itself with
27339 @code{EvalRules} is that while a given rewrite rule is in the process
27340 of being checked, that same rule cannot be recursively applied.  Calc
27341 effectively removes the rule from its rule set while checking the rule,
27342 then puts it back once the match succeeds or fails.  (The technical
27343 reason for this is that compiled pattern programs are not reentrant.)
27344 For example, consider the rule @samp{foo(x) := x :: foo(x/2) > 0}
27345 attempting to match @samp{foo(8)}.  This rule will be inactive while
27346 the condition @samp{foo(4) > 0} is checked, even though it might be
27347 an integral part of evaluating that condition.  Note that this is not
27348 a problem for the more usual recursive type of rule, such as
27349 @samp{foo(x) := foo(x/2)}, because there the rule has succeeded and
27350 been reactivated by the time the righthand side is evaluated.
27352 If @code{EvalRules} has no stored value (its default state), or if
27353 anything but a vector is stored in it, then it is ignored.
27355 Even though Calc's rewrite mechanism is designed to compare rewrite
27356 rules to formulas as quickly as possible, storing rules in
27357 @code{EvalRules} may make Calc run substantially slower.  This is
27358 particularly true of rules where the top-level call is a commonly used
27359 function, or is not fixed.  The rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0} will
27360 only activate the rewrite mechanism for calls to the function @code{f},
27361 but @samp{lg(n) + lg(m) := lg(n m)} will check every @samp{+} operator.
27363 @smallexample
27364 apply(f, [a*b]) := apply(f, [a]) + apply(f, [b]) :: in(f, [ln, log10])
27365 @end smallexample
27367 @noindent
27368 may seem more ``efficient'' than two separate rules for @code{ln} and
27369 @code{log10}, but actually it is vastly less efficient because rules
27370 with @code{apply} as the top-level pattern must be tested against
27371 @emph{every} function call that is simplified.
27373 @cindex @code{AlgSimpRules} variable
27374 @vindex AlgSimpRules
27375 Suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out not all the time,
27376 but only when @kbd{a s} is used to simplify the formula.  The variable
27377 @code{AlgSimpRules} holds rules for this purpose.  The @kbd{a s} command
27378 will apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules} to the formula, as
27379 well as all of its built-in simplifications.
27381 Most of the special limitations for @code{EvalRules} don't apply to
27382 @code{AlgSimpRules}.  Calc simply does an @kbd{a r AlgSimpRules}
27383 command with an infinite repeat count as the first step of @kbd{a s}.
27384 It then applies its own built-in simplifications throughout the
27385 formula, and then repeats these two steps (along with applying the
27386 default simplifications) until no further changes are possible.
27388 @cindex @code{ExtSimpRules} variable
27389 @cindex @code{UnitSimpRules} variable
27390 @vindex ExtSimpRules
27391 @vindex UnitSimpRules
27392 There are also @code{ExtSimpRules} and @code{UnitSimpRules} variables
27393 that are used by @kbd{a e} and @kbd{u s}, respectively; these commands
27394 also apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  The variable
27395 @code{IntegSimpRules} contains simplification rules that are used
27396 only during integration by @kbd{a i}.
27398 @node Debugging Rewrites, Examples of Rewrite Rules, Automatic Rewrites, Rewrite Rules
27399 @subsection Debugging Rewrites
27401 @noindent
27402 If a buffer named @samp{*Trace*} exists, the rewrite mechanism will
27403 record some useful information there as it operates.  The original
27404 formula is written there, as is the result of each successful rewrite,
27405 and the final result of the rewriting.  All phase changes are also
27406 noted.
27408 Calc always appends to @samp{*Trace*}.  You must empty this buffer
27409 yourself periodically if it is in danger of growing unwieldy.
27411 Note that the rewriting mechanism is substantially slower when the
27412 @samp{*Trace*} buffer exists, even if the buffer is not visible on
27413 the screen.  Once you are done, you will probably want to kill this
27414 buffer (with @kbd{C-x k *Trace* @key{RET}}).  If you leave it in
27415 existence and forget about it, all your future rewrite commands will
27416 be needlessly slow.
27418 @node Examples of Rewrite Rules, , Debugging Rewrites, Rewrite Rules
27419 @subsection Examples of Rewrite Rules
27421 @noindent
27422 Returning to the example of substituting the pattern
27423 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2} with 1, we saw that the rule
27424 @samp{opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2 := a} does a good job of
27425 finding suitable cases.  Another solution would be to use the rule
27426 @samp{cos(x)^2 := 1 - sin(x)^2}, followed by algebraic simplification
27427 if necessary.  This rule will be the most effective way to do the job,
27428 but at the expense of making some changes that you might not desire.
27430 Another algebraic rewrite rule is @samp{exp(x+y) := exp(x) exp(y)}.
27431 To make this work with the @w{@kbd{j r}} command so that it can be
27432 easily targeted to a particular exponential in a large formula,
27433 you might wish to write the rule as @samp{select(exp(x+y)) :=
27434 select(exp(x) exp(y))}.  The @samp{select} markers will be
27435 ignored by the regular @kbd{a r} command
27436 (@pxref{Selections with Rewrite Rules}).
27438 A surprisingly useful rewrite rule is @samp{a/(b-c) := a*(b+c)/(b^2-c^2)}.
27439 This will simplify the formula whenever @expr{b} and/or @expr{c} can
27440 be made simpler by squaring.  For example, applying this rule to
27441 @samp{2 / (sqrt(2) + 3)} yields @samp{6:7 - 2:7 sqrt(2)} (assuming
27442 Symbolic mode has been enabled to keep the square root from being
27443 evaluated to a floating-point approximation).  This rule is also
27444 useful when working with symbolic complex numbers, e.g.,
27445 @samp{(a + b i) / (c + d i)}.
27447 As another example, we could define our own ``triangular numbers'' function
27448 with the rules @samp{[tri(0) := 0, tri(n) := n + tri(n-1) :: n>0]}.  Enter
27449 this vector and store it in a variable:  @kbd{@w{s t} trirules}.  Now, given
27450 a suitable formula like @samp{tri(5)} on the stack, type @samp{a r trirules}
27451 to apply these rules repeatedly.  After six applications, @kbd{a r} will
27452 stop with 15 on the stack.  Once these rules are debugged, it would probably
27453 be most useful to add them to @code{EvalRules} so that Calc will evaluate
27454 the new @code{tri} function automatically.  We could then use @kbd{Z K} on
27455 the keyboard macro @kbd{' tri($) @key{RET}} to make a command that applies
27456 @code{tri} to the value on the top of the stack.  @xref{Programming}.
27458 @cindex Quaternions
27459 The following rule set, contributed by 
27460 @texline Fran\c cois
27461 @infoline Francois
27462 Pinard, implements @dfn{quaternions}, a generalization of the concept of
27463 complex numbers.  Quaternions have four components, and are here
27464 represented by function calls @samp{quat(@var{w}, [@var{x}, @var{y},
27465 @var{z}])} with ``real part'' @var{w} and the three ``imaginary'' parts
27466 collected into a vector.  Various arithmetical operations on quaternions
27467 are supported.  To use these rules, either add them to @code{EvalRules},
27468 or create a command based on @kbd{a r} for simplifying quaternion
27469 formulas.  A convenient way to enter quaternions would be a command
27470 defined by a keyboard macro containing: @kbd{' quat($$$$, [$$$, $$, $])
27471 @key{RET}}.
27473 @smallexample
27474 [ quat(w, x, y, z) := quat(w, [x, y, z]),
27475   quat(w, [0, 0, 0]) := w,
27476   abs(quat(w, v)) := hypot(w, v),
27477   -quat(w, v) := quat(-w, -v),
27478   r + quat(w, v) := quat(r + w, v) :: real(r),
27479   r - quat(w, v) := quat(r - w, -v) :: real(r),
27480   quat(w1, v1) + quat(w2, v2) := quat(w1 + w2, v1 + v2),
27481   r * quat(w, v) := quat(r * w, r * v) :: real(r),
27482   plain(quat(w1, v1) * quat(w2, v2))
27483      := quat(w1 * w2 - v1 * v2, w1 * v2 + w2 * v1 + cross(v1, v2)),
27484   quat(w1, v1) / r := quat(w1 / r, v1 / r) :: real(r),
27485   z / quat(w, v) := z * quatinv(quat(w, v)),
27486   quatinv(quat(w, v)) := quat(w, -v) / (w^2 + v^2),
27487   quatsqr(quat(w, v)) := quat(w^2 - v^2, 2 * w * v),
27488   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^(k / 2))
27489                :: integer(k) :: k > 0 :: k % 2 = 0,
27490   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^((k - 1) / 2)) * quat(w, v)
27491                :: integer(k) :: k > 2,
27492   quat(w, v)^-k := quatinv(quat(w, v)^k) :: integer(k) :: k > 0 ]
27493 @end smallexample
27495 Quaternions, like matrices, have non-commutative multiplication.
27496 In other words, @expr{q1 * q2 = q2 * q1} is not necessarily true if
27497 @expr{q1} and @expr{q2} are @code{quat} forms.  The @samp{quat*quat}
27498 rule above uses @code{plain} to prevent Calc from rearranging the
27499 product.  It may also be wise to add the line @samp{[quat(), matrix]}
27500 to the @code{Decls} matrix, to ensure that Calc's other algebraic
27501 operations will not rearrange a quaternion product.  @xref{Declarations}.
27503 These rules also accept a four-argument @code{quat} form, converting
27504 it to the preferred form in the first rule.  If you would rather see
27505 results in the four-argument form, just append the two items
27506 @samp{phase(2), quat(w, [x, y, z]) := quat(w, x, y, z)} to the end
27507 of the rule set.  (But remember that multi-phase rule sets don't work
27508 in @code{EvalRules}.)
27510 @node Units, Store and Recall, Algebra, Top
27511 @chapter Operating on Units
27513 @noindent
27514 One special interpretation of algebraic formulas is as numbers with units.
27515 For example, the formula @samp{5 m / s^2} can be read ``five meters
27516 per second squared.''  The commands in this chapter help you
27517 manipulate units expressions in this form.  Units-related commands
27518 begin with the @kbd{u} prefix key.
27520 @menu
27521 * Basic Operations on Units::
27522 * The Units Table::
27523 * Predefined Units::
27524 * User-Defined Units::
27525 @end menu
27527 @node Basic Operations on Units, The Units Table, Units, Units
27528 @section Basic Operations on Units
27530 @noindent
27531 A @dfn{units expression} is a formula which is basically a number
27532 multiplied and/or divided by one or more @dfn{unit names}, which may
27533 optionally be raised to integer powers.  Actually, the value part need not
27534 be a number; any product or quotient involving unit names is a units
27535 expression.  Many of the units commands will also accept any formula,
27536 where the command applies to all units expressions which appear in the
27537 formula.
27539 A unit name is a variable whose name appears in the @dfn{unit table},
27540 or a variable whose name is a prefix character like @samp{k} (for ``kilo'')
27541 or @samp{u} (for ``micro'') followed by a name in the unit table.
27542 A substantial table of built-in units is provided with Calc;
27543 @pxref{Predefined Units}.  You can also define your own unit names;
27544 @pxref{User-Defined Units}.
27546 Note that if the value part of a units expression is exactly @samp{1},
27547 it will be removed by the Calculator's automatic algebra routines:  The
27548 formula @samp{1 mm} is ``simplified'' to @samp{mm}.  This is only a
27549 display anomaly, however; @samp{mm} will work just fine as a
27550 representation of one millimeter.
27552 You may find that Algebraic mode (@pxref{Algebraic Entry}) makes working
27553 with units expressions easier.  Otherwise, you will have to remember
27554 to hit the apostrophe key every time you wish to enter units.
27556 @kindex u s
27557 @pindex calc-simplify-units
27558 @ignore
27559 @mindex usimpl@idots
27560 @end ignore
27561 @tindex usimplify
27562 The @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) [@code{usimplify}] command
27563 simplifies a units
27564 expression.  It uses @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) to simplify the
27565 expression first as a regular algebraic formula; it then looks for
27566 features that can be further simplified by converting one object's units
27567 to be compatible with another's.  For example, @samp{5 m + 23 mm} will
27568 simplify to @samp{5.023 m}.  When different but compatible units are
27569 added, the righthand term's units are converted to match those of the
27570 lefthand term.  @xref{Simplification Modes}, for a way to have this done
27571 automatically at all times.
27573 Units simplification also handles quotients of two units with the same
27574 dimensionality, as in @w{@samp{2 in s/L cm}} to @samp{5.08 s/L}; fractional
27575 powers of unit expressions, as in @samp{sqrt(9 mm^2)} to @samp{3 mm} and
27576 @samp{sqrt(9 acre)} to a quantity in meters; and @code{floor},
27577 @code{ceil}, @code{round}, @code{rounde}, @code{roundu}, @code{trunc},
27578 @code{float}, @code{frac}, @code{abs}, and @code{clean}
27579 applied to units expressions, in which case
27580 the operation in question is applied only to the numeric part of the
27581 expression.  Finally, trigonometric functions of quantities with units
27582 of angle are evaluated, regardless of the current angular mode.
27584 @kindex u c
27585 @pindex calc-convert-units
27586 The @kbd{u c} (@code{calc-convert-units}) command converts a units
27587 expression to new, compatible units.  For example, given the units
27588 expression @samp{55 mph}, typing @kbd{u c m/s @key{RET}} produces
27589 @samp{24.5872 m/s}.  If the units you request are inconsistent with
27590 the original units, the number will be converted into your units
27591 times whatever ``remainder'' units are left over.  For example,
27592 converting @samp{55 mph} into acres produces @samp{6.08e-3 acre / m s}.
27593 (Recall that multiplication binds more strongly than division in Calc
27594 formulas, so the units here are acres per meter-second.)  Remainder
27595 units are expressed in terms of ``fundamental'' units like @samp{m} and
27596 @samp{s}, regardless of the input units.
27598 One special exception is that if you specify a single unit name, and
27599 a compatible unit appears somewhere in the units expression, then
27600 that compatible unit will be converted to the new unit and the
27601 remaining units in the expression will be left alone.  For example,
27602 given the input @samp{980 cm/s^2}, the command @kbd{u c ms} will
27603 change the @samp{s} to @samp{ms} to get @samp{9.8e-4 cm/ms^2}.
27604 The ``remainder unit'' @samp{cm} is left alone rather than being
27605 changed to the base unit @samp{m}.
27607 You can use explicit unit conversion instead of the @kbd{u s} command
27608 to gain more control over the units of the result of an expression.
27609 For example, given @samp{5 m + 23 mm}, you can type @kbd{u c m} or
27610 @kbd{u c mm} to express the result in either meters or millimeters.
27611 (For that matter, you could type @kbd{u c fath} to express the result
27612 in fathoms, if you preferred!)
27614 In place of a specific set of units, you can also enter one of the
27615 units system names @code{si}, @code{mks} (equivalent), or @code{cgs}.
27616 For example, @kbd{u c si @key{RET}} converts the expression into
27617 International System of Units (SI) base units.  Also, @kbd{u c base}
27618 converts to Calc's base units, which are the same as @code{si} units
27619 except that @code{base} uses @samp{g} as the fundamental unit of mass
27620 whereas @code{si} uses @samp{kg}.
27622 @cindex Composite units
27623 The @kbd{u c} command also accepts @dfn{composite units}, which
27624 are expressed as the sum of several compatible unit names.  For
27625 example, converting @samp{30.5 in} to units @samp{mi+ft+in} (miles,
27626 feet, and inches) produces @samp{2 ft + 6.5 in}.  Calc first
27627 sorts the unit names into order of decreasing relative size.
27628 It then accounts for as much of the input quantity as it can
27629 using an integer number times the largest unit, then moves on
27630 to the next smaller unit, and so on.  Only the smallest unit
27631 may have a non-integer amount attached in the result.  A few
27632 standard unit names exist for common combinations, such as
27633 @code{mfi} for @samp{mi+ft+in}, and @code{tpo} for @samp{ton+lb+oz}.
27634 Composite units are expanded as if by @kbd{a x}, so that
27635 @samp{(ft+in)/hr} is first converted to @samp{ft/hr+in/hr}.
27637 If the value on the stack does not contain any units, @kbd{u c} will
27638 prompt first for the old units which this value should be considered
27639 to have, then for the new units.  Assuming the old and new units you
27640 give are consistent with each other, the result also will not contain
27641 any units.  For example, @kbd{@w{u c} cm @key{RET} in @key{RET}} converts the number
27642 2 on the stack to 5.08.
27644 @kindex u b
27645 @pindex calc-base-units
27646 The @kbd{u b} (@code{calc-base-units}) command is shorthand for
27647 @kbd{u c base}; it converts the units expression on the top of the
27648 stack into @code{base} units.  If @kbd{u s} does not simplify a
27649 units expression as far as you would like, try @kbd{u b}.
27651 The @kbd{u c} and @kbd{u b} commands treat temperature units (like
27652 @samp{degC} and @samp{K}) as relative temperatures.  For example,
27653 @kbd{u c} converts @samp{10 degC} to @samp{18 degF}: A change of 10
27654 degrees Celsius corresponds to a change of 18 degrees Fahrenheit.
27656 @kindex u t
27657 @pindex calc-convert-temperature
27658 @cindex Temperature conversion
27659 The @kbd{u t} (@code{calc-convert-temperature}) command converts
27660 absolute temperatures.  The value on the stack must be a simple units
27661 expression with units of temperature only.  This command would convert
27662 @samp{10 degC} to @samp{50 degF}, the equivalent temperature on the
27663 Fahrenheit scale.
27665 @kindex u r
27666 @pindex calc-remove-units
27667 @kindex u x
27668 @pindex calc-extract-units
27669 The @kbd{u r} (@code{calc-remove-units}) command removes units from the
27670 formula at the top of the stack.  The @kbd{u x}
27671 (@code{calc-extract-units}) command extracts only the units portion of a
27672 formula.  These commands essentially replace every term of the formula
27673 that does or doesn't (respectively) look like a unit name by the
27674 constant 1, then resimplify the formula.
27676 @kindex u a
27677 @pindex calc-autorange-units
27678 The @kbd{u a} (@code{calc-autorange-units}) command turns on and off a
27679 mode in which unit prefixes like @code{k} (``kilo'') are automatically
27680 applied to keep the numeric part of a units expression in a reasonable
27681 range.  This mode affects @kbd{u s} and all units conversion commands
27682 except @kbd{u b}.  For example, with autoranging on, @samp{12345 Hz}
27683 will be simplified to @samp{12.345 kHz}.  Autoranging is useful for
27684 some kinds of units (like @code{Hz} and @code{m}), but is probably
27685 undesirable for non-metric units like @code{ft} and @code{tbsp}.
27686 (Composite units are more appropriate for those; see above.)
27688 Autoranging always applies the prefix to the leftmost unit name.
27689 Calc chooses the largest prefix that causes the number to be greater
27690 than or equal to 1.0.  Thus an increasing sequence of adjusted times
27691 would be @samp{1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s, 100 s, 1 ks}.
27692 Generally the rule of thumb is that the number will be adjusted
27693 to be in the interval @samp{[1 .. 1000)}, although there are several
27694 exceptions to this rule.  First, if the unit has a power then this
27695 is not possible; @samp{0.1 s^2} simplifies to @samp{100000 ms^2}.
27696 Second, the ``centi-'' prefix is allowed to form @code{cm} (centimeters),
27697 but will not apply to other units.  The ``deci-,'' ``deka-,'' and
27698 ``hecto-'' prefixes are never used.  Thus the allowable interval is
27699 @samp{[1 .. 10)} for millimeters and @samp{[1 .. 100)} for centimeters.
27700 Finally, a prefix will not be added to a unit if the resulting name
27701 is also the actual name of another unit; @samp{1e-15 t} would normally
27702 be considered a ``femto-ton,'' but it is written as @samp{1000 at}
27703 (1000 atto-tons) instead because @code{ft} would be confused with feet.
27705 @node The Units Table, Predefined Units, Basic Operations on Units, Units
27706 @section The Units Table
27708 @noindent
27709 @kindex u v
27710 @pindex calc-enter-units-table
27711 The @kbd{u v} (@code{calc-enter-units-table}) command displays the units table
27712 in another buffer called @code{*Units Table*}.  Each entry in this table
27713 gives the unit name as it would appear in an expression, the definition
27714 of the unit in terms of simpler units, and a full name or description of
27715 the unit.  Fundamental units are defined as themselves; these are the
27716 units produced by the @kbd{u b} command.  The fundamental units are
27717 meters, seconds, grams, kelvins, amperes, candelas, moles, radians,
27718 and steradians.
27720 The Units Table buffer also displays the Unit Prefix Table.  Note that
27721 two prefixes, ``kilo'' and ``hecto,'' accept either upper- or lower-case
27722 prefix letters.  @samp{Meg} is also accepted as a synonym for the @samp{M}
27723 prefix.  Whenever a unit name can be interpreted as either a built-in name
27724 or a prefix followed by another built-in name, the former interpretation
27725 wins.  For example, @samp{2 pt} means two pints, not two pico-tons.
27727 The Units Table buffer, once created, is not rebuilt unless you define
27728 new units.  To force the buffer to be rebuilt, give any numeric prefix
27729 argument to @kbd{u v}.
27731 @kindex u V
27732 @pindex calc-view-units-table
27733 The @kbd{u V} (@code{calc-view-units-table}) command is like @kbd{u v} except
27734 that the cursor is not moved into the Units Table buffer.  You can
27735 type @kbd{u V} again to remove the Units Table from the display.  To
27736 return from the Units Table buffer after a @kbd{u v}, type @kbd{M-# c}
27737 again or use the regular Emacs @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window})
27738 command.  You can also kill the buffer with @kbd{C-x k} if you wish;
27739 the actual units table is safely stored inside the Calculator.
27741 @kindex u g
27742 @pindex calc-get-unit-definition
27743 The @kbd{u g} (@code{calc-get-unit-definition}) command retrieves a unit's
27744 defining expression and pushes it onto the Calculator stack.  For example,
27745 @kbd{u g in} will produce the expression @samp{2.54 cm}.  This is the
27746 same definition for the unit that would appear in the Units Table buffer.
27747 Note that this command works only for actual unit names; @kbd{u g km}
27748 will report that no such unit exists, for example, because @code{km} is
27749 really the unit @code{m} with a @code{k} (``kilo'') prefix.  To see a
27750 definition of a unit in terms of base units, it is easier to push the
27751 unit name on the stack and then reduce it to base units with @kbd{u b}.
27753 @kindex u e
27754 @pindex calc-explain-units
27755 The @kbd{u e} (@code{calc-explain-units}) command displays an English
27756 description of the units of the expression on the stack.  For example,
27757 for the expression @samp{62 km^2 g / s^2 mol K}, the description is
27758 ``Square-Kilometer Gram per (Second-squared Mole Degree-Kelvin).''  This
27759 command uses the English descriptions that appear in the righthand
27760 column of the Units Table.
27762 @node Predefined Units, User-Defined Units, The Units Table, Units
27763 @section Predefined Units
27765 @noindent
27766 Since the exact definitions of many kinds of units have evolved over the
27767 years, and since certain countries sometimes have local differences in
27768 their definitions, it is a good idea to examine Calc's definition of a
27769 unit before depending on its exact value.  For example, there are three
27770 different units for gallons, corresponding to the US (@code{gal}),
27771 Canadian (@code{galC}), and British (@code{galUK}) definitions.  Also,
27772 note that @code{oz} is a standard ounce of mass, @code{ozt} is a Troy
27773 ounce, and @code{ozfl} is a fluid ounce.
27775 The temperature units corresponding to degrees Kelvin and Centigrade
27776 (Celsius) are the same in this table, since most units commands treat
27777 temperatures as being relative.  The @code{calc-convert-temperature}
27778 command has special rules for handling the different absolute magnitudes
27779 of the various temperature scales.
27781 The unit of volume ``liters'' can be referred to by either the lower-case
27782 @code{l} or the upper-case @code{L}.
27784 The unit @code{A} stands for Amperes; the name @code{Ang} is used
27785 @tex
27786 for \AA ngstroms.
27787 @end tex
27788 @ifinfo
27789 for Angstroms.
27790 @end ifinfo
27792 The unit @code{pt} stands for pints; the name @code{point} stands for
27793 a typographical point, defined by @samp{72 point = 1 in}.  There is
27794 also @code{tpt}, which stands for a printer's point as defined by the
27795 @TeX{} typesetting system:  @samp{72.27 tpt = 1 in}.
27797 The unit @code{e} stands for the elementary (electron) unit of charge;
27798 because algebra command could mistake this for the special constant
27799 @expr{e}, Calc provides the alternate unit name @code{ech} which is
27800 preferable to @code{e}.
27802 The name @code{g} stands for one gram of mass; there is also @code{gf},
27803 one gram of force.  (Likewise for @kbd{lb}, pounds, and @kbd{lbf}.)
27804 Meanwhile, one ``@expr{g}'' of acceleration is denoted @code{ga}.
27806 The unit @code{ton} is a U.S. ton of @samp{2000 lb}, and @code{t} is
27807 a metric ton of @samp{1000 kg}.
27809 The names @code{s} (or @code{sec}) and @code{min} refer to units of
27810 time; @code{arcsec} and @code{arcmin} are units of angle.
27812 Some ``units'' are really physical constants; for example, @code{c}
27813 represents the speed of light, and @code{h} represents Planck's
27814 constant.  You can use these just like other units: converting
27815 @samp{.5 c} to @samp{m/s} expresses one-half the speed of light in
27816 meters per second.  You can also use this merely as a handy reference;
27817 the @kbd{u g} command gets the definition of one of these constants
27818 in its normal terms, and @kbd{u b} expresses the definition in base
27819 units.
27821 Two units, @code{pi} and @code{fsc} (the fine structure constant,
27822 approximately @mathit{1/137}) are dimensionless.  The units simplification
27823 commands simply treat these names as equivalent to their corresponding
27824 values.  However you can, for example, use @kbd{u c} to convert a pure
27825 number into multiples of the fine structure constant, or @kbd{u b} to
27826 convert this back into a pure number.  (When @kbd{u c} prompts for the
27827 ``old units,'' just enter a blank line to signify that the value
27828 really is unitless.)
27830 @c Describe angular units, luminosity vs. steradians problem.
27832 @node User-Defined Units, , Predefined Units, Units
27833 @section User-Defined Units
27835 @noindent
27836 Calc provides ways to get quick access to your selected ``favorite''
27837 units, as well as ways to define your own new units.
27839 @kindex u 0-9
27840 @pindex calc-quick-units
27841 @vindex Units
27842 @cindex @code{Units} variable
27843 @cindex Quick units
27844 To select your favorite units, store a vector of unit names or
27845 expressions in the Calc variable @code{Units}.  The @kbd{u 1}
27846 through @kbd{u 9} commands (@code{calc-quick-units}) provide access
27847 to these units.  If the value on the top of the stack is a plain
27848 number (with no units attached), then @kbd{u 1} gives it the
27849 specified units.  (Basically, it multiplies the number by the
27850 first item in the @code{Units} vector.)  If the number on the
27851 stack @emph{does} have units, then @kbd{u 1} converts that number
27852 to the new units.  For example, suppose the vector @samp{[in, ft]}
27853 is stored in @code{Units}.  Then @kbd{30 u 1} will create the
27854 expression @samp{30 in}, and @kbd{u 2} will convert that expression
27855 to @samp{2.5 ft}.
27857 The @kbd{u 0} command accesses the tenth element of @code{Units}.
27858 Only ten quick units may be defined at a time.  If the @code{Units}
27859 variable has no stored value (the default), or if its value is not
27860 a vector, then the quick-units commands will not function.  The
27861 @kbd{s U} command is a convenient way to edit the @code{Units}
27862 variable; @pxref{Operations on Variables}.
27864 @kindex u d
27865 @pindex calc-define-unit
27866 @cindex User-defined units
27867 The @kbd{u d} (@code{calc-define-unit}) command records the units
27868 expression on the top of the stack as the definition for a new,
27869 user-defined unit.  For example, putting @samp{16.5 ft} on the stack and
27870 typing @kbd{u d rod} defines the new unit @samp{rod} to be equivalent to
27871 16.5 feet.  The unit conversion and simplification commands will now
27872 treat @code{rod} just like any other unit of length.  You will also be
27873 prompted for an optional English description of the unit, which will
27874 appear in the Units Table.
27876 @kindex u u
27877 @pindex calc-undefine-unit
27878 The @kbd{u u} (@code{calc-undefine-unit}) command removes a user-defined
27879 unit.  It is not possible to remove one of the predefined units,
27880 however.
27882 If you define a unit with an existing unit name, your new definition
27883 will replace the original definition of that unit.  If the unit was a
27884 predefined unit, the old definition will not be replaced, only
27885 ``shadowed.''  The built-in definition will reappear if you later use
27886 @kbd{u u} to remove the shadowing definition.
27888 To create a new fundamental unit, use either 1 or the unit name itself
27889 as the defining expression.  Otherwise the expression can involve any
27890 other units that you like (except for composite units like @samp{mfi}).
27891 You can create a new composite unit with a sum of other units as the
27892 defining expression.  The next unit operation like @kbd{u c} or @kbd{u v}
27893 will rebuild the internal unit table incorporating your modifications.
27894 Note that erroneous definitions (such as two units defined in terms of
27895 each other) will not be detected until the unit table is next rebuilt;
27896 @kbd{u v} is a convenient way to force this to happen.
27898 Temperature units are treated specially inside the Calculator; it is not
27899 possible to create user-defined temperature units.
27901 @kindex u p
27902 @pindex calc-permanent-units
27903 @cindex Calc init file, user-defined units
27904 The @kbd{u p} (@code{calc-permanent-units}) command stores the user-defined
27905 units in your Calc init file (the file given by the variable
27906 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so that the
27907 units will still be available in subsequent Emacs sessions.  If there
27908 was already a set of user-defined units in your Calc init file, it
27909 is replaced by the new set.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to
27910 tell Calc to use a different file for the Calc init file.)
27912 @node Store and Recall, Graphics, Units, Top
27913 @chapter Storing and Recalling
27915 @noindent
27916 Calculator variables are really just Lisp variables that contain numbers
27917 or formulas in a form that Calc can understand.  The commands in this
27918 section allow you to manipulate variables conveniently.  Commands related
27919 to variables use the @kbd{s} prefix key.
27921 @menu
27922 * Storing Variables::
27923 * Recalling Variables::
27924 * Operations on Variables::
27925 * Let Command::
27926 * Evaluates-To Operator::
27927 @end menu
27929 @node Storing Variables, Recalling Variables, Store and Recall, Store and Recall
27930 @section Storing Variables
27932 @noindent
27933 @kindex s s
27934 @pindex calc-store
27935 @cindex Storing variables
27936 @cindex Quick variables
27937 @vindex q0
27938 @vindex q9
27939 The @kbd{s s} (@code{calc-store}) command stores the value at the top of
27940 the stack into a specified variable.  It prompts you to enter the
27941 name of the variable.  If you press a single digit, the value is stored
27942 immediately in one of the ``quick'' variables @code{q0} through
27943 @code{q9}.  Or you can enter any variable name.  
27945 @kindex s t
27946 @pindex calc-store-into
27947 The @kbd{s s} command leaves the stored value on the stack.  There is
27948 also an @kbd{s t} (@code{calc-store-into}) command, which removes a
27949 value from the stack and stores it in a variable.
27951 If the top of stack value is an equation @samp{a = 7} or assignment
27952 @samp{a := 7} with a variable on the lefthand side, then Calc will
27953 assign that variable with that value by default, i.e., if you type
27954 @kbd{s s @key{RET}} or @kbd{s t @key{RET}}.  In this example, the
27955 value 7 would be stored in the variable @samp{a}.  (If you do type
27956 a variable name at the prompt, the top-of-stack value is stored in
27957 its entirety, even if it is an equation:  @samp{s s b @key{RET}}
27958 with @samp{a := 7} on the stack stores @samp{a := 7} in @code{b}.)
27960 In fact, the top of stack value can be a vector of equations or
27961 assignments with different variables on their lefthand sides; the
27962 default will be to store all the variables with their corresponding
27963 righthand sides simultaneously.
27965 It is also possible to type an equation or assignment directly at
27966 the prompt for the @kbd{s s} or @kbd{s t} command:  @kbd{s s foo = 7}.
27967 In this case the expression to the right of the @kbd{=} or @kbd{:=}
27968 symbol is evaluated as if by the @kbd{=} command, and that value is
27969 stored in the variable.  No value is taken from the stack; @kbd{s s}
27970 and @kbd{s t} are equivalent when used in this way.
27972 @kindex s 0-9
27973 @kindex t 0-9
27974 The prefix keys @kbd{s} and @kbd{t} may be followed immediately by a
27975 digit; @kbd{s 9} is equivalent to @kbd{s s 9}, and @kbd{t 9} is
27976 equivalent to @kbd{s t 9}.  (The @kbd{t} prefix is otherwise used
27977 for trail and time/date commands.)
27979 @kindex s +
27980 @kindex s -
27981 @ignore
27982 @mindex @idots
27983 @end ignore
27984 @kindex s *
27985 @ignore
27986 @mindex @null
27987 @end ignore
27988 @kindex s /
27989 @ignore
27990 @mindex @null
27991 @end ignore
27992 @kindex s ^
27993 @ignore
27994 @mindex @null
27995 @end ignore
27996 @kindex s |
27997 @ignore
27998 @mindex @null
27999 @end ignore
28000 @kindex s n
28001 @ignore
28002 @mindex @null
28003 @end ignore
28004 @kindex s &
28005 @ignore
28006 @mindex @null
28007 @end ignore
28008 @kindex s [
28009 @ignore
28010 @mindex @null
28011 @end ignore
28012 @kindex s ]
28013 @pindex calc-store-plus
28014 @pindex calc-store-minus
28015 @pindex calc-store-times
28016 @pindex calc-store-div
28017 @pindex calc-store-power
28018 @pindex calc-store-concat
28019 @pindex calc-store-neg
28020 @pindex calc-store-inv
28021 @pindex calc-store-decr
28022 @pindex calc-store-incr
28023 There are also several ``arithmetic store'' commands.  For example,
28024 @kbd{s +} removes a value from the stack and adds it to the specified
28025 variable.  The other arithmetic stores are @kbd{s -}, @kbd{s *}, @kbd{s /},
28026 @kbd{s ^}, and @w{@kbd{s |}} (vector concatenation), plus @kbd{s n} and
28027 @kbd{s &} which negate or invert the value in a variable, and @w{@kbd{s [}}
28028 and @kbd{s ]} which decrease or increase a variable by one.
28030 All the arithmetic stores accept the Inverse prefix to reverse the
28031 order of the operands.  If @expr{v} represents the contents of the
28032 variable, and @expr{a} is the value drawn from the stack, then regular
28033 @w{@kbd{s -}} assigns 
28034 @texline @math{v \coloneq v - a},
28035 @infoline @expr{v := v - a}, 
28036 but @kbd{I s -} assigns
28037 @texline @math{v \coloneq a - v}.
28038 @infoline @expr{v := a - v}.  
28039 While @kbd{I s *} might seem pointless, it is
28040 useful if matrix multiplication is involved.  Actually, all the
28041 arithmetic stores use formulas designed to behave usefully both
28042 forwards and backwards:
28044 @example
28045 @group
28046 s +        v := v + a          v := a + v
28047 s -        v := v - a          v := a - v
28048 s *        v := v * a          v := a * v
28049 s /        v := v / a          v := a / v
28050 s ^        v := v ^ a          v := a ^ v
28051 s |        v := v | a          v := a | v
28052 s n        v := v / (-1)       v := (-1) / v
28053 s &        v := v ^ (-1)       v := (-1) ^ v
28054 s [        v := v - 1          v := 1 - v
28055 s ]        v := v - (-1)       v := (-1) - v
28056 @end group
28057 @end example
28059 In the last four cases, a numeric prefix argument will be used in
28060 place of the number one.  (For example, @kbd{M-2 s ]} increases
28061 a variable by 2, and @kbd{M-2 I s ]} replaces a variable by
28062 minus-two minus the variable.
28064 The first six arithmetic stores can also be typed @kbd{s t +}, @kbd{s t -},
28065 etc.  The commands @kbd{s s +}, @kbd{s s -}, and so on are analogous
28066 arithmetic stores that don't remove the value @expr{a} from the stack.
28068 All arithmetic stores report the new value of the variable in the
28069 Trail for your information.  They signal an error if the variable
28070 previously had no stored value.  If default simplifications have been
28071 turned off, the arithmetic stores temporarily turn them on for numeric
28072 arguments only (i.e., they temporarily do an @kbd{m N} command).
28073 @xref{Simplification Modes}.  Large vectors put in the trail by
28074 these commands always use abbreviated (@kbd{t .}) mode.
28076 @kindex s m
28077 @pindex calc-store-map
28078 The @kbd{s m} command is a general way to adjust a variable's value
28079 using any Calc function.  It is a ``mapping'' command analogous to
28080 @kbd{V M}, @kbd{V R}, etc.  @xref{Reducing and Mapping}, to see
28081 how to specify a function for a mapping command.  Basically,
28082 all you do is type the Calc command key that would invoke that
28083 function normally.  For example, @kbd{s m n} applies the @kbd{n}
28084 key to negate the contents of the variable, so @kbd{s m n} is
28085 equivalent to @kbd{s n}.  Also, @kbd{s m Q} takes the square root
28086 of the value stored in a variable, @kbd{s m v v} uses @kbd{v v} to
28087 reverse the vector stored in the variable, and @kbd{s m H I S}
28088 takes the hyperbolic arcsine of the variable contents.
28090 If the mapping function takes two or more arguments, the additional
28091 arguments are taken from the stack; the old value of the variable
28092 is provided as the first argument.  Thus @kbd{s m -} with @expr{a}
28093 on the stack computes @expr{v - a}, just like @kbd{s -}.  With the
28094 Inverse prefix, the variable's original value becomes the @emph{last}
28095 argument instead of the first.  Thus @kbd{I s m -} is also
28096 equivalent to @kbd{I s -}.
28098 @kindex s x
28099 @pindex calc-store-exchange
28100 The @kbd{s x} (@code{calc-store-exchange}) command exchanges the value
28101 of a variable with the value on the top of the stack.  Naturally, the
28102 variable must already have a stored value for this to work.
28104 You can type an equation or assignment at the @kbd{s x} prompt.  The
28105 command @kbd{s x a=6} takes no values from the stack; instead, it
28106 pushes the old value of @samp{a} on the stack and stores @samp{a = 6}.
28108 @kindex s u
28109 @pindex calc-unstore
28110 @cindex Void variables
28111 @cindex Un-storing variables
28112 Until you store something in them, variables are ``void,'' that is, they
28113 contain no value at all.  If they appear in an algebraic formula they
28114 will be left alone even if you press @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
28115 The @kbd{s u} (@code{calc-unstore}) command returns a variable to the
28116 void state.
28118 The only variables with predefined values are the ``special constants''
28119 @code{pi}, @code{e}, @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}.  You are free
28120 to unstore these variables or to store new values into them if you like,
28121 although some of the algebraic-manipulation functions may assume these
28122 variables represent their standard values.  Calc displays a warning if
28123 you change the value of one of these variables, or of one of the other
28124 special variables @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} (which are
28125 normally void).
28127 Note that @code{pi} doesn't actually have 3.14159265359 stored
28128 in it, but rather a special magic value that evaluates to @cpi{}
28129 at the current precision.  Likewise @code{e}, @code{i}, and
28130 @code{phi} evaluate according to the current precision or polar mode.
28131 If you recall a value from @code{pi} and store it back, this magic
28132 property will be lost.
28134 @kindex s c
28135 @pindex calc-copy-variable
28136 The @kbd{s c} (@code{calc-copy-variable}) command copies the stored
28137 value of one variable to another.  It differs from a simple @kbd{s r}
28138 followed by an @kbd{s t} in two important ways.  First, the value never
28139 goes on the stack and thus is never rounded, evaluated, or simplified
28140 in any way; it is not even rounded down to the current precision.
28141 Second, the ``magic'' contents of a variable like @code{e} can
28142 be copied into another variable with this command, perhaps because
28143 you need to unstore @code{e} right now but you wish to put it
28144 back when you're done.  The @kbd{s c} command is the only way to
28145 manipulate these magic values intact.
28147 @node Recalling Variables, Operations on Variables, Storing Variables, Store and Recall
28148 @section Recalling Variables
28150 @noindent
28151 @kindex s r
28152 @pindex calc-recall
28153 @cindex Recalling variables
28154 The most straightforward way to extract the stored value from a variable
28155 is to use the @kbd{s r} (@code{calc-recall}) command.  This command prompts
28156 for a variable name (similarly to @code{calc-store}), looks up the value
28157 of the specified variable, and pushes that value onto the stack.  It is
28158 an error to try to recall a void variable.
28160 It is also possible to recall the value from a variable by evaluating a
28161 formula containing that variable.  For example, @kbd{' a @key{RET} =} is
28162 the same as @kbd{s r a @key{RET}} except that if the variable is void, the
28163 former will simply leave the formula @samp{a} on the stack whereas the
28164 latter will produce an error message.
28166 @kindex r 0-9
28167 The @kbd{r} prefix may be followed by a digit, so that @kbd{r 9} is
28168 equivalent to @kbd{s r 9}.  (The @kbd{r} prefix is otherwise unused
28169 in the current version of Calc.)
28171 @node Operations on Variables, Let Command, Recalling Variables, Store and Recall
28172 @section Other Operations on Variables
28174 @noindent
28175 @kindex s e
28176 @pindex calc-edit-variable
28177 The @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) command edits the stored
28178 value of a variable without ever putting that value on the stack
28179 or simplifying or evaluating the value.  It prompts for the name of
28180 the variable to edit.  If the variable has no stored value, the
28181 editing buffer will start out empty.  If the editing buffer is
28182 empty when you press @kbd{C-c C-c} to finish, the variable will
28183 be made void.  @xref{Editing Stack Entries}, for a general
28184 description of editing.
28186 The @kbd{s e} command is especially useful for creating and editing
28187 rewrite rules which are stored in variables.  Sometimes these rules
28188 contain formulas which must not be evaluated until the rules are
28189 actually used.  (For example, they may refer to @samp{deriv(x,y)},
28190 where @code{x} will someday become some expression involving @code{y};
28191 if you let Calc evaluate the rule while you are defining it, Calc will
28192 replace @samp{deriv(x,y)} with 0 because the formula @code{x} does
28193 not itself refer to @code{y}.)  By contrast, recalling the variable,
28194 editing with @kbd{`}, and storing will evaluate the variable's value
28195 as a side effect of putting the value on the stack.
28197 @kindex s A
28198 @kindex s D
28199 @ignore
28200 @mindex @idots
28201 @end ignore
28202 @kindex s E
28203 @ignore
28204 @mindex @null
28205 @end ignore
28206 @kindex s F
28207 @ignore
28208 @mindex @null
28209 @end ignore
28210 @kindex s G
28211 @ignore
28212 @mindex @null
28213 @end ignore
28214 @kindex s H
28215 @ignore
28216 @mindex @null
28217 @end ignore
28218 @kindex s I
28219 @ignore
28220 @mindex @null
28221 @end ignore
28222 @kindex s L
28223 @ignore
28224 @mindex @null
28225 @end ignore
28226 @kindex s P
28227 @ignore
28228 @mindex @null
28229 @end ignore
28230 @kindex s R
28231 @ignore
28232 @mindex @null
28233 @end ignore
28234 @kindex s T
28235 @ignore
28236 @mindex @null
28237 @end ignore
28238 @kindex s U
28239 @ignore
28240 @mindex @null
28241 @end ignore
28242 @kindex s X
28243 @pindex calc-store-AlgSimpRules
28244 @pindex calc-store-Decls
28245 @pindex calc-store-EvalRules
28246 @pindex calc-store-FitRules
28247 @pindex calc-store-GenCount
28248 @pindex calc-store-Holidays
28249 @pindex calc-store-IntegLimit
28250 @pindex calc-store-LineStyles
28251 @pindex calc-store-PointStyles
28252 @pindex calc-store-PlotRejects
28253 @pindex calc-store-TimeZone
28254 @pindex calc-store-Units
28255 @pindex calc-store-ExtSimpRules
28256 There are several special-purpose variable-editing commands that
28257 use the @kbd{s} prefix followed by a shifted letter:
28259 @table @kbd
28260 @item s A
28261 Edit @code{AlgSimpRules}.  @xref{Algebraic Simplifications}.
28262 @item s D
28263 Edit @code{Decls}.  @xref{Declarations}.
28264 @item s E
28265 Edit @code{EvalRules}.  @xref{Default Simplifications}.
28266 @item s F
28267 Edit @code{FitRules}.  @xref{Curve Fitting}.
28268 @item s G
28269 Edit @code{GenCount}.  @xref{Solving Equations}.
28270 @item s H
28271 Edit @code{Holidays}.  @xref{Business Days}.
28272 @item s I
28273 Edit @code{IntegLimit}.  @xref{Calculus}.
28274 @item s L
28275 Edit @code{LineStyles}.  @xref{Graphics}.
28276 @item s P
28277 Edit @code{PointStyles}.  @xref{Graphics}.
28278 @item s R
28279 Edit @code{PlotRejects}.  @xref{Graphics}.
28280 @item s T
28281 Edit @code{TimeZone}.  @xref{Time Zones}.
28282 @item s U
28283 Edit @code{Units}.  @xref{User-Defined Units}.
28284 @item s X
28285 Edit @code{ExtSimpRules}.  @xref{Unsafe Simplifications}.
28286 @end table
28288 These commands are just versions of @kbd{s e} that use fixed variable
28289 names rather than prompting for the variable name.
28291 @kindex s p
28292 @pindex calc-permanent-variable
28293 @cindex Storing variables
28294 @cindex Permanent variables
28295 @cindex Calc init file, variables
28296 The @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command saves a
28297 variable's value permanently in your Calc init file (the file given by
28298 the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so
28299 that its value will still be available in future Emacs sessions.  You
28300 can re-execute @w{@kbd{s p}} later on to update the saved value, but the
28301 only way to remove a saved variable is to edit your calc init file
28302 by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
28303 use a different file for the Calc init file.)
28305 If you do not specify the name of a variable to save (i.e.,
28306 @kbd{s p @key{RET}}), all Calc variables with defined values
28307 are saved except for the special constants @code{pi}, @code{e},
28308 @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}; the variables @code{TimeZone}
28309 and @code{PlotRejects};
28310 @code{FitRules}, @code{DistribRules}, and other built-in rewrite
28311 rules; and @code{PlotData@var{n}} variables generated
28312 by the graphics commands.  (You can still save these variables by
28313 explicitly naming them in an @kbd{s p} command.)
28315 @kindex s i
28316 @pindex calc-insert-variables
28317 The @kbd{s i} (@code{calc-insert-variables}) command writes
28318 the values of all Calc variables into a specified buffer.
28319 The variables are written with the prefix @code{var-} in the form of
28320 Lisp @code{setq} commands 
28321 which store the values in string form.  You can place these commands
28322 in your Calc init file (or @file{.emacs}) if you wish, though in this case it
28323 would be easier to use @kbd{s p @key{RET}}.  (Note that @kbd{s i}
28324 omits the same set of variables as @w{@kbd{s p @key{RET}}}; the difference
28325 is that @kbd{s i} will store the variables in any buffer, and it also
28326 stores in a more human-readable format.)
28328 @node Let Command, Evaluates-To Operator, Operations on Variables, Store and Recall
28329 @section The Let Command
28331 @noindent
28332 @kindex s l
28333 @pindex calc-let
28334 @cindex Variables, temporary assignment
28335 @cindex Temporary assignment to variables
28336 If you have an expression like @samp{a+b^2} on the stack and you wish to
28337 compute its value where @expr{b=3}, you can simply store 3 in @expr{b} and
28338 then press @kbd{=} to reevaluate the formula.  This has the side-effect
28339 of leaving the stored value of 3 in @expr{b} for future operations.
28341 The @kbd{s l} (@code{calc-let}) command evaluates a formula under a
28342 @emph{temporary} assignment of a variable.  It stores the value on the
28343 top of the stack into the specified variable, then evaluates the
28344 second-to-top stack entry, then restores the original value (or lack of one)
28345 in the variable.  Thus after @kbd{'@w{ }a+b^2 @key{RET} 3 s l b @key{RET}},
28346 the stack will contain the formula @samp{a + 9}.  The subsequent command
28347 @kbd{@w{5 s l a} @key{RET}} will replace this formula with the number 14.
28348 The variables @samp{a} and @samp{b} are not permanently affected in any way
28349 by these commands.
28351 The value on the top of the stack may be an equation or assignment, or
28352 a vector of equations or assignments, in which case the default will be
28353 analogous to the case of @kbd{s t @key{RET}}.  @xref{Storing Variables}.
28355 Also, you can answer the variable-name prompt with an equation or
28356 assignment:  @kbd{s l b=3 @key{RET}} is the same as storing 3 on the stack
28357 and typing @kbd{s l b @key{RET}}.
28359 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) command is another way to substitute
28360 a variable with a value in a formula.  It does an actual substitution
28361 rather than temporarily assigning the variable and evaluating.  For
28362 example, letting @expr{n=2} in @samp{f(n pi)} with @kbd{a b} will
28363 produce @samp{f(2 pi)}, whereas @kbd{s l} would give @samp{f(6.28)}
28364 since the evaluation step will also evaluate @code{pi}.
28366 @node Evaluates-To Operator, , Let Command, Store and Recall
28367 @section The Evaluates-To Operator
28369 @noindent
28370 @tindex evalto
28371 @tindex =>
28372 @cindex Evaluates-to operator
28373 @cindex @samp{=>} operator
28374 The special algebraic symbol @samp{=>} is known as the @dfn{evaluates-to
28375 operator}.  (It will show up as an @code{evalto} function call in
28376 other language modes like Pascal and La@TeX{}.)  This is a binary
28377 operator, that is, it has a lefthand and a righthand argument,
28378 although it can be entered with the righthand argument omitted.
28380 A formula like @samp{@var{a} => @var{b}} is evaluated by Calc as
28381 follows:  First, @var{a} is not simplified or modified in any
28382 way.  The previous value of argument @var{b} is thrown away; the
28383 formula @var{a} is then copied and evaluated as if by the @kbd{=}
28384 command according to all current modes and stored variable values,
28385 and the result is installed as the new value of @var{b}.
28387 For example, suppose you enter the algebraic formula @samp{2 + 3 => 17}.
28388 The number 17 is ignored, and the lefthand argument is left in its
28389 unevaluated form; the result is the formula @samp{2 + 3 => 5}.
28391 @kindex s =
28392 @pindex calc-evalto
28393 You can enter an @samp{=>} formula either directly using algebraic
28394 entry (in which case the righthand side may be omitted since it is
28395 going to be replaced right away anyhow), or by using the @kbd{s =}
28396 (@code{calc-evalto}) command, which takes @var{a} from the stack
28397 and replaces it with @samp{@var{a} => @var{b}}.
28399 Calc keeps track of all @samp{=>} operators on the stack, and
28400 recomputes them whenever anything changes that might affect their
28401 values, i.e., a mode setting or variable value.  This occurs only
28402 if the @samp{=>} operator is at the top level of the formula, or
28403 if it is part of a top-level vector.  In other words, pushing
28404 @samp{2 + (a => 17)} will change the 17 to the actual value of
28405 @samp{a} when you enter the formula, but the result will not be
28406 dynamically updated when @samp{a} is changed later because the
28407 @samp{=>} operator is buried inside a sum.  However, a vector
28408 of @samp{=>} operators will be recomputed, since it is convenient
28409 to push a vector like @samp{[a =>, b =>, c =>]} on the stack to
28410 make a concise display of all the variables in your problem.
28411 (Another way to do this would be to use @samp{[a, b, c] =>},
28412 which provides a slightly different format of display.  You
28413 can use whichever you find easiest to read.)
28415 @kindex m C
28416 @pindex calc-auto-recompute
28417 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command allows you to
28418 turn this automatic recomputation on or off.  If you turn
28419 recomputation off, you must explicitly recompute an @samp{=>}
28420 operator on the stack in one of the usual ways, such as by
28421 pressing @kbd{=}.  Turning recomputation off temporarily can save
28422 a lot of time if you will be changing several modes or variables
28423 before you look at the @samp{=>} entries again.
28425 Most commands are not especially useful with @samp{=>} operators
28426 as arguments.  For example, given @samp{x + 2 => 17}, it won't
28427 work to type @kbd{1 +} to get @samp{x + 3 => 18}.  If you want
28428 to operate on the lefthand side of the @samp{=>} operator on
28429 the top of the stack, type @kbd{j 1} (that's the digit ``one'')
28430 to select the lefthand side, execute your commands, then type
28431 @kbd{j u} to unselect.
28433 All current modes apply when an @samp{=>} operator is computed,
28434 including the current simplification mode.  Recall that the
28435 formula @samp{x + y + x} is not handled by Calc's default
28436 simplifications, but the @kbd{a s} command will reduce it to
28437 the simpler form @samp{y + 2 x}.  You can also type @kbd{m A}
28438 to enable an Algebraic Simplification mode in which the
28439 equivalent of @kbd{a s} is used on all of Calc's results.
28440 If you enter @samp{x + y + x =>} normally, the result will
28441 be @samp{x + y + x => x + y + x}.  If you change to
28442 Algebraic Simplification mode, the result will be
28443 @samp{x + y + x => y + 2 x}.  However, just pressing @kbd{a s}
28444 once will have no effect on @samp{x + y + x => x + y + x},
28445 because the righthand side depends only on the lefthand side
28446 and the current mode settings, and the lefthand side is not
28447 affected by commands like @kbd{a s}.
28449 The ``let'' command (@kbd{s l}) has an interesting interaction
28450 with the @samp{=>} operator.  The @kbd{s l} command evaluates the
28451 second-to-top stack entry with the top stack entry supplying
28452 a temporary value for a given variable.  As you might expect,
28453 if that stack entry is an @samp{=>} operator its righthand
28454 side will temporarily show this value for the variable.  In
28455 fact, all @samp{=>}s on the stack will be updated if they refer
28456 to that variable.  But this change is temporary in the sense
28457 that the next command that causes Calc to look at those stack
28458 entries will make them revert to the old variable value.
28460 @smallexample
28461 @group
28462 2:  a => a             2:  a => 17         2:  a => a
28463 1:  a + 1 => a + 1     1:  a + 1 => 18     1:  a + 1 => a + 1
28464     .                      .                   .
28466                            17 s l a @key{RET}        p 8 @key{RET}
28467 @end group
28468 @end smallexample
28470 Here the @kbd{p 8} command changes the current precision,
28471 thus causing the @samp{=>} forms to be recomputed after the
28472 influence of the ``let'' is gone.  The @kbd{d @key{SPC}} command
28473 (@code{calc-refresh}) is a handy way to force the @samp{=>}
28474 operators on the stack to be recomputed without any other
28475 side effects.
28477 @kindex s :
28478 @pindex calc-assign
28479 @tindex assign
28480 @tindex :=
28481 Embedded mode also uses @samp{=>} operators.  In Embedded mode,
28482 the lefthand side of an @samp{=>} operator can refer to variables
28483 assigned elsewhere in the file by @samp{:=} operators.  The
28484 assignment operator @samp{a := 17} does not actually do anything
28485 by itself.  But Embedded mode recognizes it and marks it as a sort
28486 of file-local definition of the variable.  You can enter @samp{:=}
28487 operators in Algebraic mode, or by using the @kbd{s :}
28488 (@code{calc-assign}) [@code{assign}] command which takes a variable
28489 and value from the stack and replaces them with an assignment.
28491 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for the way @samp{=>} appears in
28492 @TeX{} language output.  The @dfn{eqn} mode gives similar
28493 treatment to @samp{=>}.
28495 @node Graphics, Kill and Yank, Store and Recall, Top
28496 @chapter Graphics
28498 @noindent
28499 The commands for graphing data begin with the @kbd{g} prefix key.  Calc
28500 uses GNUPLOT 2.0 or 3.0 to do graphics.  These commands will only work
28501 if GNUPLOT is available on your system.  (While GNUPLOT sounds like
28502 a relative of GNU Emacs, it is actually completely unrelated.
28503 However, it is free software and can be obtained from the Free
28504 Software Foundation's machine @samp{prep.ai.mit.edu}.)
28506 @vindex calc-gnuplot-name
28507 If you have GNUPLOT installed on your system but Calc is unable to
28508 find it, you may need to set the @code{calc-gnuplot-name} variable
28509 in your Calc init file or @file{.emacs}.  You may also need to set some Lisp
28510 variables to show Calc how to run GNUPLOT on your system; these
28511 are described under @kbd{g D} and @kbd{g O} below.  If you are
28512 using the X window system, Calc will configure GNUPLOT for you
28513 automatically.  If you have GNUPLOT 3.0 and you are not using X,
28514 Calc will configure GNUPLOT to display graphs using simple character
28515 graphics that will work on any terminal.
28517 @menu
28518 * Basic Graphics::
28519 * Three Dimensional Graphics::
28520 * Managing Curves::
28521 * Graphics Options::
28522 * Devices::
28523 @end menu
28525 @node Basic Graphics, Three Dimensional Graphics, Graphics, Graphics
28526 @section Basic Graphics
28528 @noindent
28529 @kindex g f
28530 @pindex calc-graph-fast
28531 The easiest graphics command is @kbd{g f} (@code{calc-graph-fast}).
28532 This command takes two vectors of equal length from the stack.
28533 The vector at the top of the stack represents the ``y'' values of
28534 the various data points.  The vector in the second-to-top position
28535 represents the corresponding ``x'' values.  This command runs
28536 GNUPLOT (if it has not already been started by previous graphing
28537 commands) and displays the set of data points.  The points will
28538 be connected by lines, and there will also be some kind of symbol
28539 to indicate the points themselves.
28541 The ``x'' entry may instead be an interval form, in which case suitable
28542 ``x'' values are interpolated between the minimum and maximum values of
28543 the interval (whether the interval is open or closed is ignored).
28545 The ``x'' entry may also be a number, in which case Calc uses the
28546 sequence of ``x'' values @expr{x}, @expr{x+1}, @expr{x+2}, etc.
28547 (Generally the number 0 or 1 would be used for @expr{x} in this case.)
28549 The ``y'' entry may be any formula instead of a vector.  Calc effectively
28550 uses @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) to evaluate variables in the formula;
28551 the result of this must be a formula in a single (unassigned) variable.
28552 The formula is plotted with this variable taking on the various ``x''
28553 values.  Graphs of formulas by default use lines without symbols at the
28554 computed data points.  Note that if neither ``x'' nor ``y'' is a vector,
28555 Calc guesses at a reasonable number of data points to use.  See the
28556 @kbd{g N} command below.  (The ``x'' values must be either a vector
28557 or an interval if ``y'' is a formula.)
28559 @ignore
28560 @starindex
28561 @end ignore
28562 @tindex xy
28563 If ``y'' is (or evaluates to) a formula of the form
28564 @samp{xy(@var{x}, @var{y})} then the result is a
28565 parametric plot.  The two arguments of the fictitious @code{xy} function
28566 are used as the ``x'' and ``y'' coordinates of the curve, respectively.
28567 In this case the ``x'' vector or interval you specified is not directly
28568 visible in the graph.  For example, if ``x'' is the interval @samp{[0..360]}
28569 and ``y'' is the formula @samp{xy(sin(t), cos(t))}, the resulting graph
28570 will be a circle.
28572 Also, ``x'' and ``y'' may each be variable names, in which case Calc
28573 looks for suitable vectors, intervals, or formulas stored in those
28574 variables.
28576 The ``x'' and ``y'' values for the data points (as pulled from the vectors,
28577 calculated from the formulas, or interpolated from the intervals) should
28578 be real numbers (integers, fractions, or floats).  If either the ``x''
28579 value or the ``y'' value of a given data point is not a real number, that
28580 data point will be omitted from the graph.  The points on either side
28581 of the invalid point will @emph{not} be connected by a line.
28583 See the documentation for @kbd{g a} below for a description of the way
28584 numeric prefix arguments affect @kbd{g f}.
28586 @cindex @code{PlotRejects} variable
28587 @vindex PlotRejects
28588 If you store an empty vector in the variable @code{PlotRejects}
28589 (i.e., @kbd{[ ] s t PlotRejects}), Calc will append information to
28590 this vector for every data point which was rejected because its
28591 ``x'' or ``y'' values were not real numbers.  The result will be
28592 a matrix where each row holds the curve number, data point number,
28593 ``x'' value, and ``y'' value for a rejected data point.
28594 @xref{Evaluates-To Operator}, for a handy way to keep tabs on the
28595 current value of @code{PlotRejects}.  @xref{Operations on Variables},
28596 for the @kbd{s R} command which is another easy way to examine
28597 @code{PlotRejects}.
28599 @kindex g c
28600 @pindex calc-graph-clear
28601 To clear the graphics display, type @kbd{g c} (@code{calc-graph-clear}).
28602 If the GNUPLOT output device is an X window, the window will go away.
28603 Effects on other kinds of output devices will vary.  You don't need
28604 to use @kbd{g c} if you don't want to---if you give another @kbd{g f}
28605 or @kbd{g p} command later on, it will reuse the existing graphics
28606 window if there is one.
28608 @node Three Dimensional Graphics, Managing Curves, Basic Graphics, Graphics
28609 @section Three-Dimensional Graphics
28611 @kindex g F
28612 @pindex calc-graph-fast-3d
28613 The @kbd{g F} (@code{calc-graph-fast-3d}) command makes a three-dimensional
28614 graph.  It works only if you have GNUPLOT 3.0 or later; with GNUPLOT 2.0,
28615 you will see a GNUPLOT error message if you try this command.
28617 The @kbd{g F} command takes three values from the stack, called ``x'',
28618 ``y'', and ``z'', respectively.  As was the case for 2D graphs, there
28619 are several options for these values.
28621 In the first case, ``x'' and ``y'' are each vectors (not necessarily of
28622 the same length); either or both may instead be interval forms.  The
28623 ``z'' value must be a matrix with the same number of rows as elements
28624 in ``x'', and the same number of columns as elements in ``y''.  The
28625 result is a surface plot where 
28626 @texline @math{z_{ij}}
28627 @infoline @expr{z_ij} 
28628 is the height of the point
28629 at coordinate @expr{(x_i, y_j)} on the surface.  The 3D graph will
28630 be displayed from a certain default viewpoint; you can change this
28631 viewpoint by adding a @samp{set view} to the @samp{*Gnuplot Commands*}
28632 buffer as described later.  See the GNUPLOT 3.0 documentation for a
28633 description of the @samp{set view} command.
28635 Each point in the matrix will be displayed as a dot in the graph,
28636 and these points will be connected by a grid of lines (@dfn{isolines}).
28638 In the second case, ``x'', ``y'', and ``z'' are all vectors of equal
28639 length.  The resulting graph displays a 3D line instead of a surface,
28640 where the coordinates of points along the line are successive triplets
28641 of values from the input vectors.
28643 In the third case, ``x'' and ``y'' are vectors or interval forms, and
28644 ``z'' is any formula involving two variables (not counting variables
28645 with assigned values).  These variables are sorted into alphabetical
28646 order; the first takes on values from ``x'' and the second takes on
28647 values from ``y'' to form a matrix of results that are graphed as a
28648 3D surface.
28650 @ignore
28651 @starindex
28652 @end ignore
28653 @tindex xyz
28654 If the ``z'' formula evaluates to a call to the fictitious function
28655 @samp{xyz(@var{x}, @var{y}, @var{z})}, then the result is a
28656 ``parametric surface.''  In this case, the axes of the graph are
28657 taken from the @var{x} and @var{y} values in these calls, and the
28658 ``x'' and ``y'' values from the input vectors or intervals are used only
28659 to specify the range of inputs to the formula.  For example, plotting
28660 @samp{[0..360], [0..180], xyz(sin(x)*sin(y), cos(x)*sin(y), cos(y))}
28661 will draw a sphere.  (Since the default resolution for 3D plots is
28662 5 steps in each of ``x'' and ``y'', this will draw a very crude
28663 sphere.  You could use the @kbd{g N} command, described below, to
28664 increase this resolution, or specify the ``x'' and ``y'' values as
28665 vectors with more than 5 elements.
28667 It is also possible to have a function in a regular @kbd{g f} plot
28668 evaluate to an @code{xyz} call.  Since @kbd{g f} plots a line, not
28669 a surface, the result will be a 3D parametric line.  For example,
28670 @samp{[[0..720], xyz(sin(x), cos(x), x)]} will plot two turns of a
28671 helix (a three-dimensional spiral).
28673 As for @kbd{g f}, each of ``x'', ``y'', and ``z'' may instead be
28674 variables containing the relevant data.
28676 @node Managing Curves, Graphics Options, Three Dimensional Graphics, Graphics
28677 @section Managing Curves
28679 @noindent
28680 The @kbd{g f} command is really shorthand for the following commands:
28681 @kbd{C-u g d  g a  g p}.  Likewise, @w{@kbd{g F}} is shorthand for
28682 @kbd{C-u g d  g A  g p}.  You can gain more control over your graph
28683 by using these commands directly.
28685 @kindex g a
28686 @pindex calc-graph-add
28687 The @kbd{g a} (@code{calc-graph-add}) command adds the ``curve''
28688 represented by the two values on the top of the stack to the current
28689 graph.  You can have any number of curves in the same graph.  When
28690 you give the @kbd{g p} command, all the curves will be drawn superimposed
28691 on the same axes.
28693 The @kbd{g a} command (and many others that affect the current graph)
28694 will cause a special buffer, @samp{*Gnuplot Commands*}, to be displayed
28695 in another window.  This buffer is a template of the commands that will
28696 be sent to GNUPLOT when it is time to draw the graph.  The first
28697 @kbd{g a} command adds a @code{plot} command to this buffer.  Succeeding
28698 @kbd{g a} commands add extra curves onto that @code{plot} command.
28699 Other graph-related commands put other GNUPLOT commands into this
28700 buffer.  In normal usage you never need to work with this buffer
28701 directly, but you can if you wish.  The only constraint is that there
28702 must be only one @code{plot} command, and it must be the last command
28703 in the buffer.  If you want to save and later restore a complete graph
28704 configuration, you can use regular Emacs commands to save and restore
28705 the contents of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28707 @vindex PlotData1
28708 @vindex PlotData2
28709 If the values on the stack are not variable names, @kbd{g a} will invent
28710 variable names for them (of the form @samp{PlotData@var{n}}) and store
28711 the values in those variables.  The ``x'' and ``y'' variables are what
28712 go into the @code{plot} command in the template.  If you add a curve
28713 that uses a certain variable and then later change that variable, you
28714 can replot the graph without having to delete and re-add the curve.
28715 That's because the variable name, not the vector, interval or formula
28716 itself, is what was added by @kbd{g a}.
28718 A numeric prefix argument on @kbd{g a} or @kbd{g f} changes the way
28719 stack entries are interpreted as curves.  With a positive prefix
28720 argument @expr{n}, the top @expr{n} stack entries are ``y'' values
28721 for @expr{n} different curves which share a common ``x'' value in
28722 the @expr{n+1}st stack entry.  (Thus @kbd{g a} with no prefix
28723 argument is equivalent to @kbd{C-u 1 g a}.)
28725 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} means to take two stack entries,
28726 ``x'' and ``y'' as usual, but to interpret ``y'' as a vector of
28727 ``y'' values for several curves that share a common ``x''.
28729 A negative prefix argument tells Calc to read @expr{n} vectors from
28730 the stack; each vector @expr{[x, y]} describes an independent curve.
28731 This is the only form of @kbd{g a} that creates several curves at once
28732 that don't have common ``x'' values.  (Of course, the range of ``x''
28733 values covered by all the curves ought to be roughly the same if
28734 they are to look nice on the same graph.)
28736 For example, to plot 
28737 @texline @math{\sin n x}
28738 @infoline @expr{sin(n x)} 
28739 for integers @expr{n}
28740 from 1 to 5, you could use @kbd{v x} to create a vector of integers
28741 (@expr{n}), then @kbd{V M '} or @kbd{V M $} to map @samp{sin(n x)}
28742 across this vector.  The resulting vector of formulas is suitable
28743 for use as the ``y'' argument to a @kbd{C-u g a} or @kbd{C-u g f}
28744 command.
28746 @kindex g A
28747 @pindex calc-graph-add-3d
28748 The @kbd{g A} (@code{calc-graph-add-3d}) command adds a 3D curve
28749 to the graph.  It is not legal to intermix 2D and 3D curves in a
28750 single graph.  This command takes three arguments, ``x'', ``y'',
28751 and ``z'', from the stack.  With a positive prefix @expr{n}, it
28752 takes @expr{n+2} arguments (common ``x'' and ``y'', plus @expr{n}
28753 separate ``z''s).  With a zero prefix, it takes three stack entries
28754 but the ``z'' entry is a vector of curve values.  With a negative
28755 prefix @expr{-n}, it takes @expr{n} vectors of the form @expr{[x, y, z]}.
28756 The @kbd{g A} command works by adding a @code{splot} (surface-plot)
28757 command to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28759 (Although @kbd{g a} adds a 2D @code{plot} command to the
28760 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer, Calc changes this to @code{splot}
28761 before sending it to GNUPLOT if it notices that the data points are
28762 evaluating to @code{xyz} calls.  It will not work to mix 2D and 3D
28763 @kbd{g a} curves in a single graph, although Calc does not currently
28764 check for this.)
28766 @kindex g d
28767 @pindex calc-graph-delete
28768 The @kbd{g d} (@code{calc-graph-delete}) command deletes the most
28769 recently added curve from the graph.  It has no effect if there are
28770 no curves in the graph.  With a numeric prefix argument of any kind,
28771 it deletes all of the curves from the graph.
28773 @kindex g H
28774 @pindex calc-graph-hide
28775 The @kbd{g H} (@code{calc-graph-hide}) command ``hides'' or ``unhides''
28776 the most recently added curve.  A hidden curve will not appear in
28777 the actual plot, but information about it such as its name and line and
28778 point styles will be retained.
28780 @kindex g j
28781 @pindex calc-graph-juggle
28782 The @kbd{g j} (@code{calc-graph-juggle}) command moves the curve
28783 at the end of the list (the ``most recently added curve'') to the
28784 front of the list.  The next-most-recent curve is thus exposed for
28785 @w{@kbd{g d}} or similar commands to use.  With @kbd{g j} you can work
28786 with any curve in the graph even though curve-related commands only
28787 affect the last curve in the list.
28789 @kindex g p
28790 @pindex calc-graph-plot
28791 The @kbd{g p} (@code{calc-graph-plot}) command uses GNUPLOT to draw
28792 the graph described in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Any
28793 GNUPLOT parameters which are not defined by commands in this buffer
28794 are reset to their default values.  The variables named in the @code{plot}
28795 command are written to a temporary data file and the variable names
28796 are then replaced by the file name in the template.  The resulting
28797 plotting commands are fed to the GNUPLOT program.  See the documentation
28798 for the GNUPLOT program for more specific information.  All temporary
28799 files are removed when Emacs or GNUPLOT exits.
28801 If you give a formula for ``y'', Calc will remember all the values that
28802 it calculates for the formula so that later plots can reuse these values.
28803 Calc throws out these saved values when you change any circumstances
28804 that may affect the data, such as switching from Degrees to Radians
28805 mode, or changing the value of a parameter in the formula.  You can
28806 force Calc to recompute the data from scratch by giving a negative
28807 numeric prefix argument to @kbd{g p}.
28809 Calc uses a fairly rough step size when graphing formulas over intervals.
28810 This is to ensure quick response.  You can ``refine'' a plot by giving
28811 a positive numeric prefix argument to @kbd{g p}.  Calc goes through
28812 the data points it has computed and saved from previous plots of the
28813 function, and computes and inserts a new data point midway between
28814 each of the existing points.  You can refine a plot any number of times,
28815 but beware that the amount of calculation involved doubles each time.
28817 Calc does not remember computed values for 3D graphs.  This means the
28818 numerix prefix argument, if any, to @kbd{g p} is effectively ignored if
28819 the current graph is three-dimensional.
28821 @kindex g P
28822 @pindex calc-graph-print
28823 The @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}) command is like @kbd{g p},
28824 except that it sends the output to a printer instead of to the
28825 screen.  More precisely, @kbd{g p} looks for @samp{set terminal}
28826 or @samp{set output} commands in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer;
28827 lacking these it uses the default settings.  However, @kbd{g P}
28828 ignores @samp{set terminal} and @samp{set output} commands and
28829 uses a different set of default values.  All of these values are
28830 controlled by the @kbd{g D} and @kbd{g O} commands discussed below.
28831 Provided everything is set up properly, @kbd{g p} will plot to
28832 the screen unless you have specified otherwise and @kbd{g P} will
28833 always plot to the printer.
28835 @node Graphics Options, Devices, Managing Curves, Graphics
28836 @section Graphics Options
28838 @noindent
28839 @kindex g g
28840 @pindex calc-graph-grid
28841 The @kbd{g g} (@code{calc-graph-grid}) command turns the ``grid''
28842 on and off.  It is off by default; tick marks appear only at the
28843 edges of the graph.  With the grid turned on, dotted lines appear
28844 across the graph at each tick mark.  Note that this command only
28845 changes the setting in @samp{*Gnuplot Commands*}; to see the effects
28846 of the change you must give another @kbd{g p} command.
28848 @kindex g b
28849 @pindex calc-graph-border
28850 The @kbd{g b} (@code{calc-graph-border}) command turns the border
28851 (the box that surrounds the graph) on and off.  It is on by default.
28852 This command will only work with GNUPLOT 3.0 and later versions.
28854 @kindex g k
28855 @pindex calc-graph-key
28856 The @kbd{g k} (@code{calc-graph-key}) command turns the ``key''
28857 on and off.  The key is a chart in the corner of the graph that
28858 shows the correspondence between curves and line styles.  It is
28859 off by default, and is only really useful if you have several
28860 curves on the same graph.
28862 @kindex g N
28863 @pindex calc-graph-num-points
28864 The @kbd{g N} (@code{calc-graph-num-points}) command allows you
28865 to select the number of data points in the graph.  This only affects
28866 curves where neither ``x'' nor ``y'' is specified as a vector.
28867 Enter a blank line to revert to the default value (initially 15).
28868 With no prefix argument, this command affects only the current graph.
28869 With a positive prefix argument this command changes or, if you enter
28870 a blank line, displays the default number of points used for all
28871 graphs created by @kbd{g a} that don't specify the resolution explicitly.
28872 With a negative prefix argument, this command changes or displays
28873 the default value (initially 5) used for 3D graphs created by @kbd{g A}.
28874 Note that a 3D setting of 5 means that a total of @expr{5^2 = 25} points
28875 will be computed for the surface.
28877 Data values in the graph of a function are normally computed to a
28878 precision of five digits, regardless of the current precision at the
28879 time. This is usually more than adequate, but there are cases where
28880 it will not be.  For example, plotting @expr{1 + x} with @expr{x} in the
28881 interval @samp{[0 ..@: 1e-6]} will round all the data points down
28882 to 1.0!  Putting the command @samp{set precision @var{n}} in the
28883 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer will cause the data to be computed
28884 at precision @var{n} instead of 5.  Since this is such a rare case,
28885 there is no keystroke-based command to set the precision.
28887 @kindex g h
28888 @pindex calc-graph-header
28889 The @kbd{g h} (@code{calc-graph-header}) command sets the title
28890 for the graph.  This will show up centered above the graph.
28891 The default title is blank (no title).
28893 @kindex g n
28894 @pindex calc-graph-name
28895 The @kbd{g n} (@code{calc-graph-name}) command sets the title of an
28896 individual curve.  Like the other curve-manipulating commands, it
28897 affects the most recently added curve, i.e., the last curve on the
28898 list in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  To set the title of
28899 the other curves you must first juggle them to the end of the list
28900 with @kbd{g j}, or edit the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer by hand.
28901 Curve titles appear in the key; if the key is turned off they are
28902 not used.
28904 @kindex g t
28905 @kindex g T
28906 @pindex calc-graph-title-x
28907 @pindex calc-graph-title-y
28908 The @kbd{g t} (@code{calc-graph-title-x}) and @kbd{g T}
28909 (@code{calc-graph-title-y}) commands set the titles on the ``x''
28910 and ``y'' axes, respectively.  These titles appear next to the
28911 tick marks on the left and bottom edges of the graph, respectively.
28912 Calc does not have commands to control the tick marks themselves,
28913 but you can edit them into the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer if
28914 you wish.  See the GNUPLOT documentation for details.
28916 @kindex g r
28917 @kindex g R
28918 @pindex calc-graph-range-x
28919 @pindex calc-graph-range-y
28920 The @kbd{g r} (@code{calc-graph-range-x}) and @kbd{g R}
28921 (@code{calc-graph-range-y}) commands set the range of values on the
28922 ``x'' and ``y'' axes, respectively.  You are prompted to enter a
28923 suitable range.  This should be either a pair of numbers of the
28924 form, @samp{@var{min}:@var{max}}, or a blank line to revert to the
28925 default behavior of setting the range based on the range of values
28926 in the data, or @samp{$} to take the range from the top of the stack.
28927 Ranges on the stack can be represented as either interval forms or
28928 vectors:  @samp{[@var{min} ..@: @var{max}]} or @samp{[@var{min}, @var{max}]}.
28930 @kindex g l
28931 @kindex g L
28932 @pindex calc-graph-log-x
28933 @pindex calc-graph-log-y
28934 The @kbd{g l} (@code{calc-graph-log-x}) and @kbd{g L} (@code{calc-graph-log-y})
28935 commands allow you to set either or both of the axes of the graph to
28936 be logarithmic instead of linear.
28938 @kindex g C-l
28939 @kindex g C-r
28940 @kindex g C-t
28941 @pindex calc-graph-log-z
28942 @pindex calc-graph-range-z
28943 @pindex calc-graph-title-z
28944 For 3D plots, @kbd{g C-t}, @kbd{g C-r}, and @kbd{g C-l} (those are
28945 letters with the Control key held down) are the corresponding commands
28946 for the ``z'' axis.
28948 @kindex g z
28949 @kindex g Z
28950 @pindex calc-graph-zero-x
28951 @pindex calc-graph-zero-y
28952 The @kbd{g z} (@code{calc-graph-zero-x}) and @kbd{g Z}
28953 (@code{calc-graph-zero-y}) commands control whether a dotted line is
28954 drawn to indicate the ``x'' and/or ``y'' zero axes.  (These are the same
28955 dotted lines that would be drawn there anyway if you used @kbd{g g} to
28956 turn the ``grid'' feature on.)  Zero-axis lines are on by default, and
28957 may be turned off only in GNUPLOT 3.0 and later versions.  They are
28958 not available for 3D plots.
28960 @kindex g s
28961 @pindex calc-graph-line-style
28962 The @kbd{g s} (@code{calc-graph-line-style}) command turns the connecting
28963 lines on or off for the most recently added curve, and optionally selects
28964 the style of lines to be used for that curve.  Plain @kbd{g s} simply
28965 toggles the lines on and off.  With a numeric prefix argument, @kbd{g s}
28966 turns lines on and sets a particular line style.  Line style numbers
28967 start at one and their meanings vary depending on the output device.
28968 GNUPLOT guarantees that there will be at least six different line styles
28969 available for any device.
28971 @kindex g S
28972 @pindex calc-graph-point-style
28973 The @kbd{g S} (@code{calc-graph-point-style}) command similarly turns
28974 the symbols at the data points on or off, or sets the point style.
28975 If you turn both lines and points off, the data points will show as
28976 tiny dots.
28978 @cindex @code{LineStyles} variable
28979 @cindex @code{PointStyles} variable
28980 @vindex LineStyles
28981 @vindex PointStyles
28982 Another way to specify curve styles is with the @code{LineStyles} and
28983 @code{PointStyles} variables.  These variables initially have no stored
28984 values, but if you store a vector of integers in one of these variables,
28985 the @kbd{g a} and @kbd{g f} commands will use those style numbers
28986 instead of the defaults for new curves that are added to the graph.
28987 An entry should be a positive integer for a specific style, or 0 to let
28988 the style be chosen automatically, or @mathit{-1} to turn off lines or points
28989 altogether.  If there are more curves than elements in the vector, the
28990 last few curves will continue to have the default styles.  Of course,
28991 you can later use @kbd{g s} and @kbd{g S} to change any of these styles.
28993 For example, @kbd{'[2 -1 3] @key{RET} s t LineStyles} causes the first curve
28994 to have lines in style number 2, the second curve to have no connecting
28995 lines, and the third curve to have lines in style 3.  Point styles will
28996 still be assigned automatically, but you could store another vector in
28997 @code{PointStyles} to define them, too.
28999 @node Devices, , Graphics Options, Graphics
29000 @section Graphical Devices
29002 @noindent
29003 @kindex g D
29004 @pindex calc-graph-device
29005 The @kbd{g D} (@code{calc-graph-device}) command sets the device name
29006 (or ``terminal name'' in GNUPLOT lingo) to be used by @kbd{g p} commands
29007 on this graph.  It does not affect the permanent default device name.
29008 If you enter a blank name, the device name reverts to the default.
29009 Enter @samp{?} to see a list of supported devices.
29011 With a positive numeric prefix argument, @kbd{g D} instead sets
29012 the default device name, used by all plots in the future which do
29013 not override it with a plain @kbd{g D} command.  If you enter a
29014 blank line this command shows you the current default.  The special
29015 name @code{default} signifies that Calc should choose @code{x11} if
29016 the X window system is in use (as indicated by the presence of a
29017 @code{DISPLAY} environment variable), or otherwise @code{dumb} under
29018 GNUPLOT 3.0 and later, or @code{postscript} under GNUPLOT 2.0.
29019 This is the initial default value.
29021 The @code{dumb} device is an interface to ``dumb terminals,'' i.e.,
29022 terminals with no special graphics facilities.  It writes a crude
29023 picture of the graph composed of characters like @code{-} and @code{|}
29024 to a buffer called @samp{*Gnuplot Trail*}, which Calc then displays.
29025 The graph is made the same size as the Emacs screen, which on most
29026 dumb terminals will be 
29027 @texline @math{80\times24}
29028 @infoline 80x24
29029 characters.  The graph is displayed in
29030 an Emacs ``recursive edit''; type @kbd{q} or @kbd{C-c C-c} to exit
29031 the recursive edit and return to Calc.  Note that the @code{dumb}
29032 device is present only in GNUPLOT 3.0 and later versions.
29034 The word @code{dumb} may be followed by two numbers separated by
29035 spaces.  These are the desired width and height of the graph in
29036 characters.  Also, the device name @code{big} is like @code{dumb}
29037 but creates a graph four times the width and height of the Emacs
29038 screen.  You will then have to scroll around to view the entire
29039 graph.  In the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer, @key{SPC}, @key{DEL},
29040 @kbd{<}, and @kbd{>} are defined to scroll by one screenful in each
29041 of the four directions.
29043 With a negative numeric prefix argument, @kbd{g D} sets or displays
29044 the device name used by @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}).  This
29045 is initially @code{postscript}.  If you don't have a PostScript
29046 printer, you may decide once again to use @code{dumb} to create a
29047 plot on any text-only printer.
29049 @kindex g O
29050 @pindex calc-graph-output
29051 The @kbd{g O} (@code{calc-graph-output}) command sets the name of
29052 the output file used by GNUPLOT.  For some devices, notably @code{x11},
29053 there is no output file and this information is not used.  Many other
29054 ``devices'' are really file formats like @code{postscript}; in these
29055 cases the output in the desired format goes into the file you name
29056 with @kbd{g O}.  Type @kbd{g O stdout @key{RET}} to set GNUPLOT to write
29057 to its standard output stream, i.e., to @samp{*Gnuplot Trail*}.
29058 This is the default setting.
29060 Another special output name is @code{tty}, which means that GNUPLOT
29061 is going to write graphics commands directly to its standard output,
29062 which you wish Emacs to pass through to your terminal.  Tektronix
29063 graphics terminals, among other devices, operate this way.  Calc does
29064 this by telling GNUPLOT to write to a temporary file, then running a
29065 sub-shell executing the command @samp{cat tempfile >/dev/tty}.  On
29066 typical Unix systems, this will copy the temporary file directly to
29067 the terminal, bypassing Emacs entirely.  You will have to type @kbd{C-l}
29068 to Emacs afterwards to refresh the screen.
29070 Once again, @kbd{g O} with a positive or negative prefix argument
29071 sets the default or printer output file names, respectively.  In each
29072 case you can specify @code{auto}, which causes Calc to invent a temporary
29073 file name for each @kbd{g p} (or @kbd{g P}) command.  This temporary file
29074 will be deleted once it has been displayed or printed.  If the output file
29075 name is not @code{auto}, the file is not automatically deleted.
29077 The default and printer devices and output files can be saved
29078 permanently by the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  The
29079 default number of data points (see @kbd{g N}) and the X geometry
29080 (see @kbd{g X}) are also saved.  Other graph information is @emph{not}
29081 saved; you can save a graph's configuration simply by saving the contents
29082 of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
29084 @vindex calc-gnuplot-plot-command
29085 @vindex calc-gnuplot-default-device
29086 @vindex calc-gnuplot-default-output
29087 @vindex calc-gnuplot-print-command
29088 @vindex calc-gnuplot-print-device
29089 @vindex calc-gnuplot-print-output
29090 If you are installing Calc you may wish to configure the default and
29091 printer devices and output files for the whole system.  The relevant
29092 Lisp variables are @code{calc-gnuplot-default-device} and @code{-output},
29093 and @code{calc-gnuplot-print-device} and @code{-output}.  The output
29094 file names must be either strings as described above, or Lisp
29095 expressions which are evaluated on the fly to get the output file names.
29097 Other important Lisp variables are @code{calc-gnuplot-plot-command} and
29098 @code{calc-gnuplot-print-command}, which give the system commands to
29099 display or print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
29100 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
29101 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
29102 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
29103 to display or print the output.
29105 @kindex g x
29106 @pindex calc-graph-display
29107 The @kbd{g x} (@code{calc-graph-display}) command lets you specify
29108 on which X window system display your graphs should be drawn.  Enter
29109 a blank line to see the current display name.  This command has no
29110 effect unless the current device is @code{x11}.
29112 @kindex g X
29113 @pindex calc-graph-geometry
29114 The @kbd{g X} (@code{calc-graph-geometry}) command is a similar
29115 command for specifying the position and size of the X window.
29116 The normal value is @code{default}, which generally means your
29117 window manager will let you place the window interactively.
29118 Entering @samp{800x500+0+0} would create an 800-by-500 pixel
29119 window in the upper-left corner of the screen.
29121 The buffer called @samp{*Gnuplot Trail*} holds a transcript of the
29122 session with GNUPLOT.  This shows the commands Calc has ``typed'' to
29123 GNUPLOT and the responses it has received.  Calc tries to notice when an
29124 error message has appeared here and display the buffer for you when
29125 this happens.  You can check this buffer yourself if you suspect
29126 something has gone wrong.
29128 @kindex g C
29129 @pindex calc-graph-command
29130 The @kbd{g C} (@code{calc-graph-command}) command prompts you to
29131 enter any line of text, then simply sends that line to the current
29132 GNUPLOT process.  The @samp{*Gnuplot Trail*} buffer looks deceptively
29133 like a Shell buffer but you can't type commands in it yourself.
29134 Instead, you must use @kbd{g C} for this purpose.
29136 @kindex g v
29137 @kindex g V
29138 @pindex calc-graph-view-commands
29139 @pindex calc-graph-view-trail
29140 The @kbd{g v} (@code{calc-graph-view-commands}) and @kbd{g V}
29141 (@code{calc-graph-view-trail}) commands display the @samp{*Gnuplot Commands*}
29142 and @samp{*Gnuplot Trail*} buffers, respectively, in another window.
29143 This happens automatically when Calc thinks there is something you
29144 will want to see in either of these buffers.  If you type @kbd{g v}
29145 or @kbd{g V} when the relevant buffer is already displayed, the
29146 buffer is hidden again.
29148 One reason to use @kbd{g v} is to add your own commands to the
29149 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Press @kbd{g v}, then use
29150 @kbd{C-x o} to switch into that window.  For example, GNUPLOT has
29151 @samp{set label} and @samp{set arrow} commands that allow you to
29152 annotate your plots.  Since Calc doesn't understand these commands,
29153 you have to add them to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer
29154 yourself, then use @w{@kbd{g p}} to replot using these new commands.  Note
29155 that your commands must appear @emph{before} the @code{plot} command.
29156 To get help on any GNUPLOT feature, type, e.g., @kbd{g C help set label}.
29157 You may have to type @kbd{g C @key{RET}} a few times to clear the
29158 ``press return for more'' or ``subtopic of @dots{}'' requests.
29159 Note that Calc always sends commands (like @samp{set nolabel}) to
29160 reset all plotting parameters to the defaults before each plot, so
29161 to delete a label all you need to do is delete the @samp{set label}
29162 line you added (or comment it out with @samp{#}) and then replot
29163 with @kbd{g p}.
29165 @kindex g q
29166 @pindex calc-graph-quit
29167 You can use @kbd{g q} (@code{calc-graph-quit}) to kill the GNUPLOT
29168 process that is running.  The next graphing command you give will
29169 start a fresh GNUPLOT process.  The word @samp{Graph} appears in
29170 the Calc window's mode line whenever a GNUPLOT process is currently
29171 running.  The GNUPLOT process is automatically killed when you
29172 exit Emacs if you haven't killed it manually by then.
29174 @kindex g K
29175 @pindex calc-graph-kill
29176 The @kbd{g K} (@code{calc-graph-kill}) command is like @kbd{g q}
29177 except that it also views the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer so that
29178 you can see the process being killed.  This is better if you are
29179 killing GNUPLOT because you think it has gotten stuck.
29181 @node Kill and Yank, Keypad Mode, Graphics, Top
29182 @chapter Kill and Yank Functions
29184 @noindent
29185 The commands in this chapter move information between the Calculator and
29186 other Emacs editing buffers.
29188 In many cases Embedded mode is an easier and more natural way to
29189 work with Calc from a regular editing buffer.  @xref{Embedded Mode}.
29191 @menu
29192 * Killing From Stack::
29193 * Yanking Into Stack::
29194 * Grabbing From Buffers::
29195 * Yanking Into Buffers::
29196 * X Cut and Paste::
29197 @end menu
29199 @node Killing From Stack, Yanking Into Stack, Kill and Yank, Kill and Yank
29200 @section Killing from the Stack
29202 @noindent
29203 @kindex C-k
29204 @pindex calc-kill
29205 @kindex M-k
29206 @pindex calc-copy-as-kill
29207 @kindex C-w
29208 @pindex calc-kill-region
29209 @kindex M-w
29210 @pindex calc-copy-region-as-kill
29211 @cindex Kill ring
29212 @dfn{Kill} commands are Emacs commands that insert text into the
29213 ``kill ring,'' from which it can later be ``yanked'' by a @kbd{C-y}
29214 command.  Three common kill commands in normal Emacs are @kbd{C-k}, which
29215 kills one line, @kbd{C-w}, which kills the region between mark and point,
29216 and @kbd{M-w}, which puts the region into the kill ring without actually
29217 deleting it.  All of these commands work in the Calculator, too.  Also,
29218 @kbd{M-k} has been provided to complete the set; it puts the current line
29219 into the kill ring without deleting anything.
29221 The kill commands are unusual in that they pay attention to the location
29222 of the cursor in the Calculator buffer.  If the cursor is on or below the
29223 bottom line, the kill commands operate on the top of the stack.  Otherwise,
29224 they operate on whatever stack element the cursor is on.  Calc's kill
29225 commands always operate on whole stack entries.  (They act the same as their
29226 standard Emacs cousins except they ``round up'' the specified region to
29227 encompass full lines.)  The text is copied into the kill ring exactly as
29228 it appears on the screen, including line numbers if they are enabled.
29230 A numeric prefix argument to @kbd{C-k} or @kbd{M-k} affects the number
29231 of lines killed.  A positive argument kills the current line and @expr{n-1}
29232 lines below it.  A negative argument kills the @expr{-n} lines above the
29233 current line.  Again this mirrors the behavior of the standard Emacs
29234 @kbd{C-k} command.  Although a whole line is always deleted, @kbd{C-k}
29235 with no argument copies only the number itself into the kill ring, whereas
29236 @kbd{C-k} with a prefix argument of 1 copies the number with its trailing
29237 newline.
29239 @node Yanking Into Stack, Grabbing From Buffers, Killing From Stack, Kill and Yank
29240 @section Yanking into the Stack
29242 @noindent
29243 @kindex C-y
29244 @pindex calc-yank
29245 The @kbd{C-y} command yanks the most recently killed text back into the
29246 Calculator.  It pushes this value onto the top of the stack regardless of
29247 the cursor position.  In general it re-parses the killed text as a number
29248 or formula (or a list of these separated by commas or newlines).  However if
29249 the thing being yanked is something that was just killed from the Calculator
29250 itself, its full internal structure is yanked.  For example, if you have
29251 set the floating-point display mode to show only four significant digits,
29252 then killing and re-yanking 3.14159 (which displays as 3.142) will yank the
29253 full 3.14159, even though yanking it into any other buffer would yank the
29254 number in its displayed form, 3.142.  (Since the default display modes
29255 show all objects to their full precision, this feature normally makes no
29256 difference.)
29258 @node Grabbing From Buffers, Yanking Into Buffers, Yanking Into Stack, Kill and Yank
29259 @section Grabbing from Other Buffers
29261 @noindent
29262 @kindex M-# g
29263 @pindex calc-grab-region
29264 The @kbd{M-# g} (@code{calc-grab-region}) command takes the text between
29265 point and mark in the current buffer and attempts to parse it as a
29266 vector of values.  Basically, it wraps the text in vector brackets
29267 @samp{[ ]} unless the text already is enclosed in vector brackets,
29268 then reads the text as if it were an algebraic entry.  The contents
29269 of the vector may be numbers, formulas, or any other Calc objects.
29270 If the @kbd{M-# g} command works successfully, it does an automatic
29271 @kbd{M-# c} to enter the Calculator buffer.
29273 A numeric prefix argument grabs the specified number of lines around
29274 point, ignoring the mark.  A positive prefix grabs from point to the
29275 @expr{n}th following newline (so that @kbd{M-1 M-# g} grabs from point
29276 to the end of the current line); a negative prefix grabs from point
29277 back to the @expr{n+1}st preceding newline.  In these cases the text
29278 that is grabbed is exactly the same as the text that @kbd{C-k} would
29279 delete given that prefix argument.
29281 A prefix of zero grabs the current line; point may be anywhere on the
29282 line.
29284 A plain @kbd{C-u} prefix interprets the region between point and mark
29285 as a single number or formula rather than a vector.  For example,
29286 @kbd{M-# g} on the text @samp{2 a b} produces the vector of three
29287 values @samp{[2, a, b]}, but @kbd{C-u M-# g} on the same region
29288 reads a formula which is a product of three things:  @samp{2 a b}.
29289 (The text @samp{a + b}, on the other hand, will be grabbed as a
29290 vector of one element by plain @kbd{M-# g} because the interpretation
29291 @samp{[a, +, b]} would be a syntax error.)
29293 If a different language has been specified (@pxref{Language Modes}),
29294 the grabbed text will be interpreted according to that language.
29296 @kindex M-# r
29297 @pindex calc-grab-rectangle
29298 The @kbd{M-# r} (@code{calc-grab-rectangle}) command takes the text between
29299 point and mark and attempts to parse it as a matrix.  If point and mark
29300 are both in the leftmost column, the lines in between are parsed in their
29301 entirety.  Otherwise, point and mark define the corners of a rectangle
29302 whose contents are parsed.
29304 Each line of the grabbed area becomes a row of the matrix.  The result
29305 will actually be a vector of vectors, which Calc will treat as a matrix
29306 only if every row contains the same number of values.
29308 If a line contains a portion surrounded by square brackets (or curly
29309 braces), that portion is interpreted as a vector which becomes a row
29310 of the matrix.  Any text surrounding the bracketed portion on the line
29311 is ignored.
29313 Otherwise, the entire line is interpreted as a row vector as if it
29314 were surrounded by square brackets.  Leading line numbers (in the
29315 format used in the Calc stack buffer) are ignored.  If you wish to
29316 force this interpretation (even if the line contains bracketed
29317 portions), give a negative numeric prefix argument to the
29318 @kbd{M-# r} command.
29320 If you give a numeric prefix argument of zero or plain @kbd{C-u}, each
29321 line is instead interpreted as a single formula which is converted into
29322 a one-element vector.  Thus the result of @kbd{C-u M-# r} will be a
29323 one-column matrix.  For example, suppose one line of the data is the
29324 expression @samp{2 a}.  A plain @w{@kbd{M-# r}} will interpret this as
29325 @samp{[2 a]}, which in turn is read as a two-element vector that forms
29326 one row of the matrix.  But a @kbd{C-u M-# r} will interpret this row
29327 as @samp{[2*a]}.
29329 If you give a positive numeric prefix argument @var{n}, then each line
29330 will be split up into columns of width @var{n}; each column is parsed
29331 separately as a matrix element.  If a line contained
29332 @w{@samp{2 +/- 3 4 +/- 5}}, then grabbing with a prefix argument of 8
29333 would correctly split the line into two error forms.
29335 @xref{Matrix Functions}, to see how to pull the matrix apart into its
29336 constituent rows and columns.  (If it is a 
29337 @texline @math{1\times1}
29338 @infoline 1x1
29339 matrix, just hit @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) twice.)
29341 @kindex M-# :
29342 @kindex M-# _
29343 @pindex calc-grab-sum-across
29344 @pindex calc-grab-sum-down
29345 @cindex Summing rows and columns of data
29346 The @kbd{M-# :} (@code{calc-grab-sum-down}) command is a handy way to
29347 grab a rectangle of data and sum its columns.  It is equivalent to
29348 typing @kbd{M-# r}, followed by @kbd{V R : +} (the vector reduction
29349 command that sums the columns of a matrix; @pxref{Reducing}).  The
29350 result of the command will be a vector of numbers, one for each column
29351 in the input data.  The @kbd{M-# _} (@code{calc-grab-sum-across}) command
29352 similarly grabs a rectangle and sums its rows by executing @w{@kbd{V R _ +}}.
29354 As well as being more convenient, @kbd{M-# :} and @kbd{M-# _} are also
29355 much faster because they don't actually place the grabbed vector on
29356 the stack.  In a @kbd{M-# r V R : +} sequence, formatting the vector
29357 for display on the stack takes a large fraction of the total time
29358 (unless you have planned ahead and used @kbd{v .} and @kbd{t .} modes).
29360 For example, suppose we have a column of numbers in a file which we
29361 wish to sum.  Go to one corner of the column and press @kbd{C-@@} to
29362 set the mark; go to the other corner and type @kbd{M-# :}.  Since there
29363 is only one column, the result will be a vector of one number, the sum.
29364 (You can type @kbd{v u} to unpack this vector into a plain number if
29365 you want to do further arithmetic with it.)
29367 To compute the product of the column of numbers, we would have to do
29368 it ``by hand'' since there's no special grab-and-multiply command.
29369 Use @kbd{M-# r} to grab the column of numbers into the calculator in
29370 the form of a column matrix.  The statistics command @kbd{u *} is a
29371 handy way to find the product of a vector or matrix of numbers.
29372 @xref{Statistical Operations}.  Another approach would be to use
29373 an explicit column reduction command, @kbd{V R : *}.
29375 @node Yanking Into Buffers, X Cut and Paste, Grabbing From Buffers, Kill and Yank
29376 @section Yanking into Other Buffers
29378 @noindent
29379 @kindex y
29380 @pindex calc-copy-to-buffer
29381 The plain @kbd{y} (@code{calc-copy-to-buffer}) command inserts the number
29382 at the top of the stack into the most recently used normal editing buffer.
29383 (More specifically, this is the most recently used buffer which is displayed
29384 in a window and whose name does not begin with @samp{*}.  If there is no
29385 such buffer, this is the most recently used buffer except for Calculator
29386 and Calc Trail buffers.)  The number is inserted exactly as it appears and
29387 without a newline.  (If line-numbering is enabled, the line number is
29388 normally not included.)  The number is @emph{not} removed from the stack.
29390 With a prefix argument, @kbd{y} inserts several numbers, one per line.
29391 A positive argument inserts the specified number of values from the top
29392 of the stack.  A negative argument inserts the @expr{n}th value from the
29393 top of the stack.  An argument of zero inserts the entire stack.  Note
29394 that @kbd{y} with an argument of 1 is slightly different from @kbd{y}
29395 with no argument; the former always copies full lines, whereas the
29396 latter strips off the trailing newline.
29398 With a lone @kbd{C-u} as a prefix argument, @kbd{y} @emph{replaces} the
29399 region in the other buffer with the yanked text, then quits the
29400 Calculator, leaving you in that buffer.  A typical use would be to use
29401 @kbd{M-# g} to read a region of data into the Calculator, operate on the
29402 data to produce a new matrix, then type @kbd{C-u y} to replace the
29403 original data with the new data.  One might wish to alter the matrix
29404 display style (@pxref{Vector and Matrix Formats}) or change the current
29405 display language (@pxref{Language Modes}) before doing this.  Also, note
29406 that this command replaces a linear region of text (as grabbed by
29407 @kbd{M-# g}), not a rectangle (as grabbed by @kbd{M-# r}).
29409 If the editing buffer is in overwrite (as opposed to insert) mode,
29410 and the @kbd{C-u} prefix was not used, then the yanked number will
29411 overwrite the characters following point rather than being inserted
29412 before those characters.  The usual conventions of overwrite mode
29413 are observed; for example, characters will be inserted at the end of
29414 a line rather than overflowing onto the next line.  Yanking a multi-line
29415 object such as a matrix in overwrite mode overwrites the next @var{n}
29416 lines in the buffer, lengthening or shortening each line as necessary.
29417 Finally, if the thing being yanked is a simple integer or floating-point
29418 number (like @samp{-1.2345e-3}) and the characters following point also
29419 make up such a number, then Calc will replace that number with the new
29420 number, lengthening or shortening as necessary.  The concept of
29421 ``overwrite mode'' has thus been generalized from overwriting characters
29422 to overwriting one complete number with another.
29424 @kindex M-# y
29425 The @kbd{M-# y} key sequence is equivalent to @kbd{y} except that
29426 it can be typed anywhere, not just in Calc.  This provides an easy
29427 way to guarantee that Calc knows which editing buffer you want to use!
29429 @node X Cut and Paste, , Yanking Into Buffers, Kill and Yank
29430 @section X Cut and Paste
29432 @noindent
29433 If you are using Emacs with the X window system, there is an easier
29434 way to move small amounts of data into and out of the calculator:
29435 Use the mouse-oriented cut and paste facilities of X.
29437 The default bindings for a three-button mouse cause the left button
29438 to move the Emacs cursor to the given place, the right button to
29439 select the text between the cursor and the clicked location, and
29440 the middle button to yank the selection into the buffer at the
29441 clicked location.  So, if you have a Calc window and an editing
29442 window on your Emacs screen, you can use left-click/right-click
29443 to select a number, vector, or formula from one window, then
29444 middle-click to paste that value into the other window.  When you
29445 paste text into the Calc window, Calc interprets it as an algebraic
29446 entry.  It doesn't matter where you click in the Calc window; the
29447 new value is always pushed onto the top of the stack.
29449 The @code{xterm} program that is typically used for general-purpose
29450 shell windows in X interprets the mouse buttons in the same way.
29451 So you can use the mouse to move data between Calc and any other
29452 Unix program.  One nice feature of @code{xterm} is that a double
29453 left-click selects one word, and a triple left-click selects a
29454 whole line.  So you can usually transfer a single number into Calc
29455 just by double-clicking on it in the shell, then middle-clicking
29456 in the Calc window.
29458 @node Keypad Mode, Embedded Mode, Kill and Yank, Introduction
29459 @chapter Keypad Mode
29461 @noindent
29462 @kindex M-# k
29463 @pindex calc-keypad
29464 The @kbd{M-# k} (@code{calc-keypad}) command starts the Calculator
29465 and displays a picture of a calculator-style keypad.  If you are using
29466 the X window system, you can click on any of the ``keys'' in the
29467 keypad using the left mouse button to operate the calculator.
29468 The original window remains the selected window; in Keypad mode
29469 you can type in your file while simultaneously performing
29470 calculations with the mouse.
29472 @pindex full-calc-keypad
29473 If you have used @kbd{M-# b} first, @kbd{M-# k} instead invokes
29474 the @code{full-calc-keypad} command, which takes over the whole
29475 Emacs screen and displays the keypad, the Calc stack, and the Calc
29476 trail all at once.  This mode would normally be used when running
29477 Calc standalone (@pxref{Standalone Operation}).
29479 If you aren't using the X window system, you must switch into
29480 the @samp{*Calc Keypad*} window, place the cursor on the desired
29481 ``key,'' and type @key{SPC} or @key{RET}.  If you think this
29482 is easier than using Calc normally, go right ahead.
29484 Calc commands are more or less the same in Keypad mode.  Certain
29485 keypad keys differ slightly from the corresponding normal Calc
29486 keystrokes; all such deviations are described below.
29488 Keypad mode includes many more commands than will fit on the keypad
29489 at once.  Click the right mouse button [@code{calc-keypad-menu}]
29490 to switch to the next menu.  The bottom five rows of the keypad
29491 stay the same; the top three rows change to a new set of commands.
29492 To return to earlier menus, click the middle mouse button
29493 [@code{calc-keypad-menu-back}] or simply advance through the menus
29494 until you wrap around.  Typing @key{TAB} inside the keypad window
29495 is equivalent to clicking the right mouse button there.
29497 You can always click the @key{EXEC} button and type any normal
29498 Calc key sequence.  This is equivalent to switching into the
29499 Calc buffer, typing the keys, then switching back to your
29500 original buffer.
29502 @menu
29503 * Keypad Main Menu::
29504 * Keypad Functions Menu::
29505 * Keypad Binary Menu::
29506 * Keypad Vectors Menu::
29507 * Keypad Modes Menu::
29508 @end menu
29510 @node Keypad Main Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode, Keypad Mode
29511 @section Main Menu
29513 @smallexample
29514 @group
29515 |----+-----Calc 2.00-----+----1
29516 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
29517 |----+----+----+----+----+----|
29518 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
29519 |----+----+----+----+----+----|
29520 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
29521 |----+----+----+----+----+----|
29522 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
29523 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
29524 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
29525 |-----+-----+-----+-----+-----|
29526 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
29527 |-----+-----+-----+-----+-----|
29528 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
29529 |-----+-----+-----+-----+-----|
29530 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
29531 |-----+-----+-----+-----+-----+
29532 @end group
29533 @end smallexample
29535 @noindent
29536 This is the menu that appears the first time you start Keypad mode.
29537 It will show up in a vertical window on the right side of your screen.
29538 Above this menu is the traditional Calc stack display.  On a 24-line
29539 screen you will be able to see the top three stack entries.
29541 The ten digit keys, decimal point, and @key{EEX} key are used for
29542 entering numbers in the obvious way.  @key{EEX} begins entry of an
29543 exponent in scientific notation.  Just as with regular Calc, the
29544 number is pushed onto the stack as soon as you press @key{ENTER}
29545 or any other function key.
29547 The @key{+/-} key corresponds to normal Calc's @kbd{n} key.  During
29548 numeric entry it changes the sign of the number or of the exponent.
29549 At other times it changes the sign of the number on the top of the
29550 stack.
29552 The @key{INV} and @key{HYP} keys modify other keys.  As well as
29553 having the effects described elsewhere in this manual, Keypad mode
29554 defines several other ``inverse'' operations.  These are described
29555 below and in the following sections.
29557 The @key{ENTER} key finishes the current numeric entry, or otherwise
29558 duplicates the top entry on the stack.
29560 The @key{UNDO} key undoes the most recent Calc operation.
29561 @kbd{INV UNDO} is the ``redo'' command, and @kbd{HYP UNDO} is
29562 ``last arguments'' (@kbd{M-@key{RET}}).
29564 The @key{<-} key acts as a ``backspace'' during numeric entry.
29565 At other times it removes the top stack entry.  @kbd{INV <-}
29566 clears the entire stack.  @kbd{HYP <-} takes an integer from
29567 the stack, then removes that many additional stack elements.
29569 The @key{EXEC} key prompts you to enter any keystroke sequence
29570 that would normally work in Calc mode.  This can include a
29571 numeric prefix if you wish.  It is also possible simply to
29572 switch into the Calc window and type commands in it; there is
29573 nothing ``magic'' about this window when Keypad mode is active.
29575 The other keys in this display perform their obvious calculator
29576 functions.  @key{CLN2} rounds the top-of-stack by temporarily
29577 reducing the precision by 2 digits.  @key{FLT} converts an
29578 integer or fraction on the top of the stack to floating-point.
29580 The @key{INV} and @key{HYP} keys combined with several of these keys
29581 give you access to some common functions even if the appropriate menu
29582 is not displayed.  Obviously you don't need to learn these keys
29583 unless you find yourself wasting time switching among the menus.
29585 @table @kbd
29586 @item INV +/-
29587 is the same as @key{1/x}.
29588 @item INV +
29589 is the same as @key{SQRT}.
29590 @item INV -
29591 is the same as @key{CONJ}.
29592 @item INV *
29593 is the same as @key{y^x}.
29594 @item INV /
29595 is the same as @key{INV y^x} (the @expr{x}th root of @expr{y}).
29596 @item HYP/INV 1
29597 are the same as @key{SIN} / @kbd{INV SIN}.
29598 @item HYP/INV 2
29599 are the same as @key{COS} / @kbd{INV COS}.
29600 @item HYP/INV 3
29601 are the same as @key{TAN} / @kbd{INV TAN}.
29602 @item INV/HYP 4
29603 are the same as @key{LN} / @kbd{HYP LN}.
29604 @item INV/HYP 5
29605 are the same as @key{EXP} / @kbd{HYP EXP}.
29606 @item INV 6
29607 is the same as @key{ABS}.
29608 @item INV 7
29609 is the same as @key{RND} (@code{calc-round}).
29610 @item INV 8
29611 is the same as @key{CLN2}.
29612 @item INV 9
29613 is the same as @key{FLT} (@code{calc-float}).
29614 @item INV 0
29615 is the same as @key{IMAG}.
29616 @item INV .
29617 is the same as @key{PREC}.
29618 @item INV ENTER
29619 is the same as @key{SWAP}.
29620 @item HYP ENTER
29621 is the same as @key{RLL3}.
29622 @item INV HYP ENTER
29623 is the same as @key{OVER}.
29624 @item HYP +/-
29625 packs the top two stack entries as an error form.
29626 @item HYP EEX
29627 packs the top two stack entries as a modulo form.
29628 @item INV EEX
29629 creates an interval form; this removes an integer which is one
29630 of 0 @samp{[]}, 1 @samp{[)}, 2 @samp{(]} or 3 @samp{()}, followed
29631 by the two limits of the interval.
29632 @end table
29634 The @kbd{OFF} key turns Calc off; typing @kbd{M-# k} or @kbd{M-# M-#}
29635 again has the same effect.  This is analogous to typing @kbd{q} or
29636 hitting @kbd{M-# c} again in the normal calculator.  If Calc is
29637 running standalone (the @code{full-calc-keypad} command appeared in the
29638 command line that started Emacs), then @kbd{OFF} is replaced with
29639 @kbd{EXIT}; clicking on this actually exits Emacs itself.
29641 @node Keypad Functions Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Main Menu, Keypad Mode
29642 @section Functions Menu
29644 @smallexample
29645 @group
29646 |----+----+----+----+----+----2
29647 |IGAM|BETA|IBET|ERF |BESJ|BESY|
29648 |----+----+----+----+----+----|
29649 |IMAG|CONJ| RE |ATN2|RAND|RAGN|
29650 |----+----+----+----+----+----|
29651 |GCD |FACT|DFCT|BNOM|PERM|NXTP|
29652 |----+----+----+----+----+----|
29653 @end group
29654 @end smallexample
29656 @noindent
29657 This menu provides various operations from the @kbd{f} and @kbd{k}
29658 prefix keys.
29660 @key{IMAG} multiplies the number on the stack by the imaginary
29661 number @expr{i = (0, 1)}.
29663 @key{RE} extracts the real part a complex number.  @kbd{INV RE}
29664 extracts the imaginary part.
29666 @key{RAND} takes a number from the top of the stack and computes
29667 a random number greater than or equal to zero but less than that
29668 number.  (@xref{Random Numbers}.)  @key{RAGN} is the ``random
29669 again'' command; it computes another random number using the
29670 same limit as last time.
29672 @key{INV GCD} computes the LCM (least common multiple) function.
29674 @key{INV FACT} is the gamma function.  
29675 @texline @math{\Gamma(x) = (x-1)!}.
29676 @infoline @expr{gamma(x) = (x-1)!}.
29678 @key{PERM} is the number-of-permutations function, which is on the
29679 @kbd{H k c} key in normal Calc.
29681 @key{NXTP} finds the next prime after a number.  @kbd{INV NXTP}
29682 finds the previous prime.
29684 @node Keypad Binary Menu, Keypad Vectors Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode
29685 @section Binary Menu
29687 @smallexample
29688 @group
29689 |----+----+----+----+----+----3
29690 |AND | OR |XOR |NOT |LSH |RSH |
29691 |----+----+----+----+----+----|
29692 |DEC |HEX |OCT |BIN |WSIZ|ARSH|
29693 |----+----+----+----+----+----|
29694 | A  | B  | C  | D  | E  | F  |
29695 |----+----+----+----+----+----|
29696 @end group
29697 @end smallexample
29699 @noindent
29700 The keys in this menu perform operations on binary integers.
29701 Note that both logical and arithmetic right-shifts are provided.
29702 @key{INV LSH} rotates one bit to the left.
29704 The ``difference'' function (normally on @kbd{b d}) is on @key{INV AND}.
29705 The ``clip'' function (normally on @w{@kbd{b c}}) is on @key{INV NOT}.
29707 The @key{DEC}, @key{HEX}, @key{OCT}, and @key{BIN} keys select the
29708 current radix for display and entry of numbers:  Decimal, hexadecimal,
29709 octal, or binary.  The six letter keys @key{A} through @key{F} are used
29710 for entering hexadecimal numbers.
29712 The @key{WSIZ} key displays the current word size for binary operations
29713 and allows you to enter a new word size.  You can respond to the prompt
29714 using either the keyboard or the digits and @key{ENTER} from the keypad.
29715 The initial word size is 32 bits.
29717 @node Keypad Vectors Menu, Keypad Modes Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Mode
29718 @section Vectors Menu
29720 @smallexample
29721 @group
29722 |----+----+----+----+----+----4
29723 |SUM |PROD|MAX |MAP*|MAP^|MAP$|
29724 |----+----+----+----+----+----|
29725 |MINV|MDET|MTRN|IDNT|CRSS|"x" |
29726 |----+----+----+----+----+----|
29727 |PACK|UNPK|INDX|BLD |LEN |... |
29728 |----+----+----+----+----+----|
29729 @end group
29730 @end smallexample
29732 @noindent
29733 The keys in this menu operate on vectors and matrices.
29735 @key{PACK} removes an integer @var{n} from the top of the stack;
29736 the next @var{n} stack elements are removed and packed into a vector,
29737 which is replaced onto the stack.  Thus the sequence
29738 @kbd{1 ENTER 3 ENTER 5 ENTER 3 PACK} enters the vector
29739 @samp{[1, 3, 5]} onto the stack.  To enter a matrix, build each row
29740 on the stack as a vector, then use a final @key{PACK} to collect the
29741 rows into a matrix.
29743 @key{UNPK} unpacks the vector on the stack, pushing each of its
29744 components separately.
29746 @key{INDX} removes an integer @var{n}, then builds a vector of
29747 integers from 1 to @var{n}.  @kbd{INV INDX} takes three numbers
29748 from the stack:  The vector size @var{n}, the starting number,
29749 and the increment.  @kbd{BLD} takes an integer @var{n} and any
29750 value @var{x} and builds a vector of @var{n} copies of @var{x}.
29752 @key{IDNT} removes an integer @var{n}, then builds an @var{n}-by-@var{n}
29753 identity matrix.
29755 @key{LEN} replaces a vector by its length, an integer.
29757 @key{...} turns on or off ``abbreviated'' display mode for large vectors.
29759 @key{MINV}, @key{MDET}, @key{MTRN}, and @key{CROSS} are the matrix
29760 inverse, determinant, and transpose, and vector cross product.
29762 @key{SUM} replaces a vector by the sum of its elements.  It is
29763 equivalent to @kbd{u +} in normal Calc (@pxref{Statistical Operations}).
29764 @key{PROD} computes the product of the elements of a vector, and
29765 @key{MAX} computes the maximum of all the elements of a vector.
29767 @key{INV SUM} computes the alternating sum of the first element
29768 minus the second, plus the third, minus the fourth, and so on.
29769 @key{INV MAX} computes the minimum of the vector elements.
29771 @key{HYP SUM} computes the mean of the vector elements.
29772 @key{HYP PROD} computes the sample standard deviation.
29773 @key{HYP MAX} computes the median.
29775 @key{MAP*} multiplies two vectors elementwise.  It is equivalent
29776 to the @kbd{V M *} command.  @key{MAP^} computes powers elementwise.
29777 The arguments must be vectors of equal length, or one must be a vector
29778 and the other must be a plain number.  For example, @kbd{2 MAP^} squares
29779 all the elements of a vector.
29781 @key{MAP$} maps the formula on the top of the stack across the
29782 vector in the second-to-top position.  If the formula contains
29783 several variables, Calc takes that many vectors starting at the
29784 second-to-top position and matches them to the variables in
29785 alphabetical order.  The result is a vector of the same size as
29786 the input vectors, whose elements are the formula evaluated with
29787 the variables set to the various sets of numbers in those vectors.
29788 For example, you could simulate @key{MAP^} using @key{MAP$} with
29789 the formula @samp{x^y}.
29791 The @kbd{"x"} key pushes the variable name @expr{x} onto the
29792 stack.  To build the formula @expr{x^2 + 6}, you would use the
29793 key sequence @kbd{"x" 2 y^x 6 +}.  This formula would then be
29794 suitable for use with the @key{MAP$} key described above.
29795 With @key{INV}, @key{HYP}, or @key{INV} and @key{HYP}, the
29796 @kbd{"x"} key pushes the variable names @expr{y}, @expr{z}, and
29797 @expr{t}, respectively.
29799 @node Keypad Modes Menu, , Keypad Vectors Menu, Keypad Mode
29800 @section Modes Menu
29802 @smallexample
29803 @group
29804 |----+----+----+----+----+----5
29805 |FLT |FIX |SCI |ENG |GRP |    |
29806 |----+----+----+----+----+----|
29807 |RAD |DEG |FRAC|POLR|SYMB|PREC|
29808 |----+----+----+----+----+----|
29809 |SWAP|RLL3|RLL4|OVER|STO |RCL |
29810 |----+----+----+----+----+----|
29811 @end group
29812 @end smallexample
29814 @noindent
29815 The keys in this menu manipulate modes, variables, and the stack.
29817 The @key{FLT}, @key{FIX}, @key{SCI}, and @key{ENG} keys select
29818 floating-point, fixed-point, scientific, or engineering notation.
29819 @key{FIX} displays two digits after the decimal by default; the
29820 others display full precision.  With the @key{INV} prefix, these
29821 keys pop a number-of-digits argument from the stack.
29823 The @key{GRP} key turns grouping of digits with commas on or off.
29824 @kbd{INV GRP} enables grouping to the right of the decimal point as
29825 well as to the left.
29827 The @key{RAD} and @key{DEG} keys switch between radians and degrees
29828 for trigonometric functions.
29830 The @key{FRAC} key turns Fraction mode on or off.  This affects
29831 whether commands like @kbd{/} with integer arguments produce
29832 fractional or floating-point results.
29834 The @key{POLR} key turns Polar mode on or off, determining whether
29835 polar or rectangular complex numbers are used by default.
29837 The @key{SYMB} key turns Symbolic mode on or off, in which
29838 operations that would produce inexact floating-point results
29839 are left unevaluated as algebraic formulas.
29841 The @key{PREC} key selects the current precision.  Answer with
29842 the keyboard or with the keypad digit and @key{ENTER} keys.
29844 The @key{SWAP} key exchanges the top two stack elements.
29845 The @key{RLL3} key rotates the top three stack elements upwards.
29846 The @key{RLL4} key rotates the top four stack elements upwards.
29847 The @key{OVER} key duplicates the second-to-top stack element.
29849 The @key{STO} and @key{RCL} keys are analogous to @kbd{s t} and
29850 @kbd{s r} in regular Calc.  @xref{Store and Recall}.  Click the
29851 @key{STO} or @key{RCL} key, then one of the ten digits.  (Named
29852 variables are not available in Keypad mode.)  You can also use,
29853 for example, @kbd{STO + 3} to add to register 3.
29855 @node Embedded Mode, Programming, Keypad Mode, Top
29856 @chapter Embedded Mode
29858 @noindent
29859 Embedded mode in Calc provides an alternative to copying numbers
29860 and formulas back and forth between editing buffers and the Calc
29861 stack.  In Embedded mode, your editing buffer becomes temporarily
29862 linked to the stack and this copying is taken care of automatically.
29864 @menu
29865 * Basic Embedded Mode::
29866 * More About Embedded Mode::
29867 * Assignments in Embedded Mode::
29868 * Mode Settings in Embedded Mode::
29869 * Customizing Embedded Mode::
29870 @end menu
29872 @node Basic Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode, Embedded Mode
29873 @section Basic Embedded Mode
29875 @noindent
29876 @kindex M-# e
29877 @pindex calc-embedded
29878 To enter Embedded mode, position the Emacs point (cursor) on a
29879 formula in any buffer and press @kbd{M-# e} (@code{calc-embedded}).
29880 Note that @kbd{M-# e} is not to be used in the Calc stack buffer
29881 like most Calc commands, but rather in regular editing buffers that
29882 are visiting your own files.
29884 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
29885 nearest opening and closing @dfn{formula delimiters}.  The simplest
29886 delimiters are blank lines.  Other delimiters that Embedded mode
29887 understands are:
29889 @enumerate
29890 @item
29891 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
29892 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
29893 @item
29894 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
29895 @item
29896 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
29897 @item
29898 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
29899 @item
29900 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
29901 @end enumerate
29903 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to make Calc recognize
29904 your own favorite delimiters.  Delimiters like @samp{$ $} can appear
29905 on their own separate lines or in-line with the formula.
29907 If you give a positive or negative numeric prefix argument, Calc
29908 instead uses the current point as one end of the formula, and moves
29909 forward or backward (respectively) by that many lines to find the
29910 other end.  Explicit delimiters are not necessary in this case.
29912 With a prefix argument of zero, Calc uses the current region
29913 (delimited by point and mark) instead of formula delimiters.
29915 @kindex M-# w
29916 @pindex calc-embedded-word
29917 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, Calc scans for the first
29918 non-numeric character (i.e., the first character that is not a
29919 digit, sign, decimal point, or upper- or lower-case @samp{e})
29920 forward and backward to delimit the formula.  @kbd{M-# w}
29921 (@code{calc-embedded-word}) is equivalent to @kbd{C-u M-# e}.
29923 When you enable Embedded mode for a formula, Calc reads the text
29924 between the delimiters and tries to interpret it as a Calc formula.
29925 It's best if the current Calc language mode is correct for the
29926 formula, but Calc can generally identify @TeX{} formulas and
29927 Big-style formulas even if the language mode is wrong.  If Calc
29928 can't make sense of the formula, it beeps and refuses to enter
29929 Embedded mode.  But if the current language is wrong, Calc can
29930 sometimes parse the formula successfully (but incorrectly);
29931 for example, the C expression @samp{atan(a[1])} can be parsed
29932 in Normal language mode, but the @code{atan} won't correspond to
29933 the built-in @code{arctan} function, and the @samp{a[1]} will be
29934 interpreted as @samp{a} times the vector @samp{[1]}!
29936 If you press @kbd{M-# e} or @kbd{M-# w} to activate an embedded
29937 formula which is blank, say with the cursor on the space between
29938 the two delimiters @samp{$ $}, Calc will immediately prompt for
29939 an algebraic entry.
29941 Only one formula in one buffer can be enabled at a time.  If you
29942 move to another area of the current buffer and give Calc commands,
29943 Calc turns Embedded mode off for the old formula and then tries
29944 to restart Embedded mode at the new position.  Other buffers are
29945 not affected by Embedded mode.
29947 When Embedded mode begins, Calc pushes the current formula onto
29948 the stack.  No Calc stack window is created; however, Calc copies
29949 the top-of-stack position into the original buffer at all times.
29950 You can create a Calc window by hand with @kbd{M-# o} if you
29951 find you need to see the entire stack.
29953 For example, typing @kbd{M-# e} while somewhere in the formula
29954 @samp{n>2} in the following line enables Embedded mode on that
29955 inequality:
29957 @example
29958 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n>2$.
29959 @end example
29961 @noindent
29962 The formula @expr{n>2} will be pushed onto the Calc stack, and
29963 the top of stack will be copied back into the editing buffer.
29964 This means that spaces will appear around the @samp{>} symbol
29965 to match Calc's usual display style:
29967 @example
29968 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n > 2$.
29969 @end example
29971 @noindent
29972 No spaces have appeared around the @samp{+} sign because it's
29973 in a different formula, one which we have not yet touched with
29974 Embedded mode.
29976 Now that Embedded mode is enabled, keys you type in this buffer
29977 are interpreted as Calc commands.  At this point we might use
29978 the ``commute'' command @kbd{j C} to reverse the inequality.
29979 This is a selection-based command for which we first need to
29980 move the cursor onto the operator (@samp{>} in this case) that
29981 needs to be commuted.
29983 @example
29984 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $2 < n$.
29985 @end example
29987 The @kbd{M-# o} command is a useful way to open a Calc window
29988 without actually selecting that window.  Giving this command
29989 verifies that @samp{2 < n} is also on the Calc stack.  Typing
29990 @kbd{17 @key{RET}} would produce:
29992 @example
29993 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $17$.
29994 @end example
29996 @noindent
29997 with @samp{2 < n} and @samp{17} on the stack; typing @key{TAB}
29998 at this point will exchange the two stack values and restore
29999 @samp{2 < n} to the embedded formula.  Even though you can't
30000 normally see the stack in Embedded mode, it is still there and
30001 it still operates in the same way.  But, as with old-fashioned
30002 RPN calculators, you can only see the value at the top of the
30003 stack at any given time (unless you use @kbd{M-# o}).
30005 Typing @kbd{M-# e} again turns Embedded mode off.  The Calc
30006 window reveals that the formula @w{@samp{2 < n}} is automatically
30007 removed from the stack, but the @samp{17} is not.  Entering
30008 Embedded mode always pushes one thing onto the stack, and
30009 leaving Embedded mode always removes one thing.  Anything else
30010 that happens on the stack is entirely your business as far as
30011 Embedded mode is concerned.
30013 If you press @kbd{M-# e} in the wrong place by accident, it is
30014 possible that Calc will be able to parse the nearby text as a
30015 formula and will mangle that text in an attempt to redisplay it
30016 ``properly'' in the current language mode.  If this happens,
30017 press @kbd{M-# e} again to exit Embedded mode, then give the
30018 regular Emacs ``undo'' command (@kbd{C-_} or @kbd{C-x u}) to put
30019 the text back the way it was before Calc edited it.  Note that Calc's
30020 own Undo command (typed before you turn Embedded mode back off)
30021 will not do you any good, because as far as Calc is concerned
30022 you haven't done anything with this formula yet.
30024 @node More About Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Basic Embedded Mode, Embedded Mode
30025 @section More About Embedded Mode
30027 @noindent
30028 When Embedded mode ``activates'' a formula, i.e., when it examines
30029 the formula for the first time since the buffer was created or
30030 loaded, Calc tries to sense the language in which the formula was
30031 written.  If the formula contains any La@TeX{}-like @samp{\} sequences,
30032 it is parsed (i.e., read) in La@TeX{} mode.  If the formula appears to
30033 be written in multi-line Big mode, it is parsed in Big mode.  Otherwise,
30034 it is parsed according to the current language mode.
30036 Note that Calc does not change the current language mode according
30037 to what it finds.  Even though it can read a La@TeX{} formula when
30038 not in La@TeX{} mode, it will immediately rewrite this formula using
30039 whatever language mode is in effect.  You must then type @kbd{d L}
30040 to switch Calc permanently into La@TeX{} mode if that is what you
30041 desire.
30043 @tex
30044 \bigskip
30045 @end tex
30047 @kindex d p
30048 @pindex calc-show-plain
30049 Calc's parser is unable to read certain kinds of formulas.  For
30050 example, with @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) you can
30051 specify matrix display styles which the parser is unable to
30052 recognize as matrices.  The @kbd{d p} (@code{calc-show-plain})
30053 command turns on a mode in which a ``plain'' version of a
30054 formula is placed in front of the fully-formatted version.
30055 When Calc reads a formula that has such a plain version in
30056 front, it reads the plain version and ignores the formatted
30057 version.
30059 Plain formulas are preceded and followed by @samp{%%%} signs
30060 by default.  This notation has the advantage that the @samp{%}
30061 character begins a comment in @TeX{} and La@TeX{}, so if your formula is 
30062 embedded in a @TeX{} or La@TeX{} document its plain version will be
30063 invisible in the final printed copy.  @xref{Customizing
30064 Embedded Mode}, to see how to change the ``plain'' formula
30065 delimiters, say to something that @dfn{eqn} or some other
30066 formatter will treat as a comment.
30068 There are several notations which Calc's parser for ``big''
30069 formatted formulas can't yet recognize.  In particular, it can't
30070 read the large symbols for @code{sum}, @code{prod}, and @code{integ},
30071 and it can't handle @samp{=>} with the righthand argument omitted.
30072 Also, Calc won't recognize special formats you have defined with
30073 the @kbd{Z C} command (@pxref{User-Defined Compositions}).  In
30074 these cases it is important to use ``plain'' mode to make sure
30075 Calc will be able to read your formula later.
30077 Another example where ``plain'' mode is important is if you have
30078 specified a float mode with few digits of precision.  Normally
30079 any digits that are computed but not displayed will simply be
30080 lost when you save and re-load your embedded buffer, but ``plain''
30081 mode allows you to make sure that the complete number is present
30082 in the file as well as the rounded-down number.
30084 @tex
30085 \bigskip
30086 @end tex
30088 Embedded buffers remember active formulas for as long as they
30089 exist in Emacs memory.  Suppose you have an embedded formula
30090 which is @cpi{} to the normal 12 decimal places, and then
30091 type @w{@kbd{C-u 5 d n}} to display only five decimal places.
30092 If you then type @kbd{d n}, all 12 places reappear because the
30093 full number is still there on the Calc stack.  More surprisingly,
30094 even if you exit Embedded mode and later re-enter it for that
30095 formula, typing @kbd{d n} will restore all 12 places because
30096 each buffer remembers all its active formulas.  However, if you
30097 save the buffer in a file and reload it in a new Emacs session,
30098 all non-displayed digits will have been lost unless you used
30099 ``plain'' mode.
30101 @tex
30102 \bigskip
30103 @end tex
30105 In some applications of Embedded mode, you will want to have a
30106 sequence of copies of a formula that show its evolution as you
30107 work on it.  For example, you might want to have a sequence
30108 like this in your file (elaborating here on the example from
30109 the ``Getting Started'' chapter):
30111 @smallexample
30112 The derivative of
30114                               ln(ln(x))
30118                   @r{(the derivative of }ln(ln(x))@r{)}
30120 whose value at x = 2 is
30122                             @r{(the value)}
30124 and at x = 3 is
30126                             @r{(the value)}
30127 @end smallexample
30129 @kindex M-# d
30130 @pindex calc-embedded-duplicate
30131 The @kbd{M-# d} (@code{calc-embedded-duplicate}) command is a
30132 handy way to make sequences like this.  If you type @kbd{M-# d},
30133 the formula under the cursor (which may or may not have Embedded
30134 mode enabled for it at the time) is copied immediately below and
30135 Embedded mode is then enabled for that copy.
30137 For this example, you would start with just
30139 @smallexample
30140 The derivative of
30142                               ln(ln(x))
30143 @end smallexample
30145 @noindent
30146 and press @kbd{M-# d} with the cursor on this formula.  The result
30149 @smallexample
30150 The derivative of
30152                               ln(ln(x))
30155                               ln(ln(x))
30156 @end smallexample
30158 @noindent
30159 with the second copy of the formula enabled in Embedded mode.
30160 You can now press @kbd{a d x @key{RET}} to take the derivative, and
30161 @kbd{M-# d M-# d} to make two more copies of the derivative.
30162 To complete the computations, type @kbd{3 s l x @key{RET}} to evaluate
30163 the last formula, then move up to the second-to-last formula
30164 and type @kbd{2 s l x @key{RET}}.
30166 Finally, you would want to press @kbd{M-# e} to exit Embedded
30167 mode, then go up and insert the necessary text in between the
30168 various formulas and numbers.
30170 @tex
30171 \bigskip
30172 @end tex
30174 @kindex M-# f
30175 @kindex M-# '
30176 @pindex calc-embedded-new-formula
30177 The @kbd{M-# f} (@code{calc-embedded-new-formula}) command
30178 creates a new embedded formula at the current point.  It inserts
30179 some default delimiters, which are usually just blank lines,
30180 and then does an algebraic entry to get the formula (which is
30181 then enabled for Embedded mode).  This is just shorthand for
30182 typing the delimiters yourself, positioning the cursor between
30183 the new delimiters, and pressing @kbd{M-# e}.  The key sequence
30184 @kbd{M-# '} is equivalent to @kbd{M-# f}.
30186 @kindex M-# n
30187 @kindex M-# p
30188 @pindex calc-embedded-next
30189 @pindex calc-embedded-previous
30190 The @kbd{M-# n} (@code{calc-embedded-next}) and @kbd{M-# p}
30191 (@code{calc-embedded-previous}) commands move the cursor to the
30192 next or previous active embedded formula in the buffer.  They
30193 can take positive or negative prefix arguments to move by several
30194 formulas.  Note that these commands do not actually examine the
30195 text of the buffer looking for formulas; they only see formulas
30196 which have previously been activated in Embedded mode.  In fact,
30197 @kbd{M-# n} and @kbd{M-# p} are a useful way to tell which
30198 embedded formulas are currently active.  Also, note that these
30199 commands do not enable Embedded mode on the next or previous
30200 formula, they just move the cursor.  (By the way, @kbd{M-# n} is
30201 not as awkward to type as it may seem, because @kbd{M-#} ignores
30202 Shift and Meta on the second keystroke:  @kbd{M-# M-N} can be typed
30203 by holding down Shift and Meta and alternately typing two keys.)
30205 @kindex M-# `
30206 @pindex calc-embedded-edit
30207 The @kbd{M-# `} (@code{calc-embedded-edit}) command edits the
30208 embedded formula at the current point as if by @kbd{`} (@code{calc-edit}).
30209 Embedded mode does not have to be enabled for this to work.  Press
30210 @kbd{C-c C-c} to finish the edit, or @kbd{C-x k} to cancel.
30212 @node Assignments in Embedded Mode, Mode Settings in Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode
30213 @section Assignments in Embedded Mode
30215 @noindent
30216 The @samp{:=} (assignment) and @samp{=>} (``evaluates-to'') operators
30217 are especially useful in Embedded mode.  They allow you to make
30218 a definition in one formula, then refer to that definition in
30219 other formulas embedded in the same buffer.
30221 An embedded formula which is an assignment to a variable, as in
30223 @example
30224 foo := 5
30225 @end example
30227 @noindent
30228 records @expr{5} as the stored value of @code{foo} for the
30229 purposes of Embedded mode operations in the current buffer.  It
30230 does @emph{not} actually store @expr{5} as the ``global'' value
30231 of @code{foo}, however.  Regular Calc operations, and Embedded
30232 formulas in other buffers, will not see this assignment.
30234 One way to use this assigned value is simply to create an
30235 Embedded formula elsewhere that refers to @code{foo}, and to press
30236 @kbd{=} in that formula.  However, this permanently replaces the
30237 @code{foo} in the formula with its current value.  More interesting
30238 is to use @samp{=>} elsewhere:
30240 @example
30241 foo + 7 => 12
30242 @end example
30244 @xref{Evaluates-To Operator}, for a general discussion of @samp{=>}.
30246 If you move back and change the assignment to @code{foo}, any
30247 @samp{=>} formulas which refer to it are automatically updated.
30249 @example
30250 foo := 17
30252 foo + 7 => 24
30253 @end example
30255 The obvious question then is, @emph{how} can one easily change the
30256 assignment to @code{foo}?  If you simply select the formula in
30257 Embedded mode and type 17, the assignment itself will be replaced
30258 by the 17.  The effect on the other formula will be that the
30259 variable @code{foo} becomes unassigned:
30261 @example
30264 foo + 7 => foo + 7
30265 @end example
30267 The right thing to do is first to use a selection command (@kbd{j 2}
30268 will do the trick) to select the righthand side of the assignment.
30269 Then, @kbd{17 @key{TAB} @key{DEL}} will swap the 17 into place (@pxref{Selecting
30270 Subformulas}, to see how this works).
30272 @kindex M-# j
30273 @pindex calc-embedded-select
30274 The @kbd{M-# j} (@code{calc-embedded-select}) command provides an
30275 easy way to operate on assignments.  It is just like @kbd{M-# e},
30276 except that if the enabled formula is an assignment, it uses
30277 @kbd{j 2} to select the righthand side.  If the enabled formula
30278 is an evaluates-to, it uses @kbd{j 1} to select the lefthand side.
30279 A formula can also be a combination of both:
30281 @example
30282 bar := foo + 3 => 20
30283 @end example
30285 @noindent
30286 in which case @kbd{M-# j} will select the middle part (@samp{foo + 3}).
30288 The formula is automatically deselected when you leave Embedded
30289 mode.
30291 @kindex M-# u
30292 @kindex M-# =
30293 @pindex calc-embedded-update
30294 Another way to change the assignment to @code{foo} would simply be
30295 to edit the number using regular Emacs editing rather than Embedded
30296 mode.  Then, we have to find a way to get Embedded mode to notice
30297 the change.  The @kbd{M-# u} or @kbd{M-# =}
30298 (@code{calc-embedded-update-formula}) command is a convenient way
30299 to do this.
30301 @example
30302 foo := 6
30304 foo + 7 => 13
30305 @end example
30307 Pressing @kbd{M-# u} is much like pressing @kbd{M-# e = M-# e}, that
30308 is, temporarily enabling Embedded mode for the formula under the
30309 cursor and then evaluating it with @kbd{=}.  But @kbd{M-# u} does
30310 not actually use @kbd{M-# e}, and in fact another formula somewhere
30311 else can be enabled in Embedded mode while you use @kbd{M-# u} and
30312 that formula will not be disturbed.
30314 With a numeric prefix argument, @kbd{M-# u} updates all active
30315 @samp{=>} formulas in the buffer.  Formulas which have not yet
30316 been activated in Embedded mode, and formulas which do not have
30317 @samp{=>} as their top-level operator, are not affected by this.
30318 (This is useful only if you have used @kbd{m C}; see below.)
30320 With a plain @kbd{C-u} prefix, @kbd{C-u M-# u} updates only in the
30321 region between mark and point rather than in the whole buffer.
30323 @kbd{M-# u} is also a handy way to activate a formula, such as an
30324 @samp{=>} formula that has freshly been typed in or loaded from a
30325 file.
30327 @kindex M-# a
30328 @pindex calc-embedded-activate
30329 The @kbd{M-# a} (@code{calc-embedded-activate}) command scans
30330 through the current buffer and activates all embedded formulas
30331 that contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols.  This does not mean
30332 that Embedded mode is actually turned on, but only that the
30333 formulas' positions are registered with Embedded mode so that
30334 the @samp{=>} values can be properly updated as assignments are
30335 changed.
30337 It is a good idea to type @kbd{M-# a} right after loading a file
30338 that uses embedded @samp{=>} operators.  Emacs includes a nifty
30339 ``buffer-local variables'' feature that you can use to do this
30340 automatically.  The idea is to place near the end of your file
30341 a few lines that look like this:
30343 @example
30344 --- Local Variables: ---
30345 --- eval:(calc-embedded-activate) ---
30346 --- End: ---
30347 @end example
30349 @noindent
30350 where the leading and trailing @samp{---} can be replaced by
30351 any suitable strings (which must be the same on all three lines)
30352 or omitted altogether; in a @TeX{} or La@TeX{} file, @samp{%} would be a good
30353 leading string and no trailing string would be necessary.  In a
30354 C program, @samp{/*} and @samp{*/} would be good leading and
30355 trailing strings.
30357 When Emacs loads a file into memory, it checks for a Local Variables
30358 section like this one at the end of the file.  If it finds this
30359 section, it does the specified things (in this case, running
30360 @kbd{M-# a} automatically) before editing of the file begins.
30361 The Local Variables section must be within 3000 characters of the
30362 end of the file for Emacs to find it, and it must be in the last
30363 page of the file if the file has any page separators.
30364 @xref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
30365 Emacs manual}.
30367 Note that @kbd{M-# a} does not update the formulas it finds.
30368 To do this, type, say, @kbd{M-1 M-# u} after @w{@kbd{M-# a}}.
30369 Generally this should not be a problem, though, because the
30370 formulas will have been up-to-date already when the file was
30371 saved.
30373 Normally, @kbd{M-# a} activates all the formulas it finds, but
30374 any previous active formulas remain active as well.  With a
30375 positive numeric prefix argument, @kbd{M-# a} first deactivates
30376 all current active formulas, then actives the ones it finds in
30377 its scan of the buffer.  With a negative prefix argument,
30378 @kbd{M-# a} simply deactivates all formulas.
30380 Embedded mode has two symbols, @samp{Active} and @samp{~Active},
30381 which it puts next to the major mode name in a buffer's mode line.
30382 It puts @samp{Active} if it has reason to believe that all
30383 formulas in the buffer are active, because you have typed @kbd{M-# a}
30384 and Calc has not since had to deactivate any formulas (which can
30385 happen if Calc goes to update an @samp{=>} formula somewhere because
30386 a variable changed, and finds that the formula is no longer there
30387 due to some kind of editing outside of Embedded mode).  Calc puts
30388 @samp{~Active} in the mode line if some, but probably not all,
30389 formulas in the buffer are active.  This happens if you activate
30390 a few formulas one at a time but never use @kbd{M-# a}, or if you
30391 used @kbd{M-# a} but then Calc had to deactivate a formula
30392 because it lost track of it.  If neither of these symbols appears
30393 in the mode line, no embedded formulas are active in the buffer
30394 (e.g., before Embedded mode has been used, or after a @kbd{M-- M-# a}).
30396 Embedded formulas can refer to assignments both before and after them
30397 in the buffer.  If there are several assignments to a variable, the
30398 nearest preceding assignment is used if there is one, otherwise the
30399 following assignment is used.
30401 @example
30402 x => 1
30404 x := 1
30406 x => 1
30408 x := 2
30410 x => 2
30411 @end example
30413 As well as simple variables, you can also assign to subscript
30414 expressions of the form @samp{@var{var}_@var{number}} (as in
30415 @code{x_0}), or @samp{@var{var}_@var{var}} (as in @code{x_max}).
30416 Assignments to other kinds of objects can be represented by Calc,
30417 but the automatic linkage between assignments and references works
30418 only for plain variables and these two kinds of subscript expressions.
30420 If there are no assignments to a given variable, the global
30421 stored value for the variable is used (@pxref{Storing Variables}),
30422 or, if no value is stored, the variable is left in symbolic form.
30423 Note that global stored values will be lost when the file is saved
30424 and loaded in a later Emacs session, unless you have used the
30425 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save them;
30426 @pxref{Operations on Variables}.
30428 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns automatic
30429 recomputation of @samp{=>} forms on and off.  If you turn automatic
30430 recomputation off, you will have to use @kbd{M-# u} to update these
30431 formulas manually after an assignment has been changed.  If you
30432 plan to change several assignments at once, it may be more efficient
30433 to type @kbd{m C}, change all the assignments, then use @kbd{M-1 M-# u}
30434 to update the entire buffer afterwards.  The @kbd{m C} command also
30435 controls @samp{=>} formulas on the stack; @pxref{Evaluates-To
30436 Operator}.  When you turn automatic recomputation back on, the
30437 stack will be updated but the Embedded buffer will not; you must
30438 use @kbd{M-# u} to update the buffer by hand.
30440 @node Mode Settings in Embedded Mode, Customizing Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Embedded Mode
30441 @section Mode Settings in Embedded Mode
30443 @noindent
30444 Embedded mode has a rather complicated mechanism for handling mode
30445 settings in Embedded formulas.  It is possible to put annotations
30446 in the file that specify mode settings either global to the entire
30447 file or local to a particular formula or formulas.  In the latter
30448 case, different modes can be specified for use when a formula
30449 is the enabled Embedded mode formula.
30451 When you give any mode-setting command, like @kbd{m f} (for Fraction
30452 mode) or @kbd{d s} (for scientific notation), Embedded mode adds
30453 a line like the following one to the file just before the opening
30454 delimiter of the formula.
30456 @example
30457 % [calc-mode: fractions: t]
30458 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30459 @end example
30461 When Calc interprets an embedded formula, it scans the text before
30462 the formula for mode-setting annotations like these and sets the
30463 Calc buffer to match these modes.  Modes not explicitly described
30464 in the file are not changed.  Calc scans all the way to the top of
30465 the file, or up to a line of the form
30467 @example
30468 % [calc-defaults]
30469 @end example
30471 @noindent
30472 which you can insert at strategic places in the file if this backward
30473 scan is getting too slow, or just to provide a barrier between one
30474 ``zone'' of mode settings and another.
30476 If the file contains several annotations for the same mode, the
30477 closest one before the formula is used.  Annotations after the
30478 formula are never used (except for global annotations, described
30479 below).
30481 The scan does not look for the leading @samp{% }, only for the
30482 square brackets and the text they enclose.  You can edit the mode
30483 annotations to a style that works better in context if you wish.
30484 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to change the style
30485 that Calc uses when it generates the annotations.  You can write
30486 mode annotations into the file yourself if you know the syntax;
30487 the easiest way to find the syntax for a given mode is to let
30488 Calc write the annotation for it once and see what it does.
30490 If you give a mode-changing command for a mode that already has
30491 a suitable annotation just above the current formula, Calc will
30492 modify that annotation rather than generating a new, conflicting
30493 one.
30495 Mode annotations have three parts, separated by colons.  (Spaces
30496 after the colons are optional.)  The first identifies the kind
30497 of mode setting, the second is a name for the mode itself, and
30498 the third is the value in the form of a Lisp symbol, number,
30499 or list.  Annotations with unrecognizable text in the first or
30500 second parts are ignored.  The third part is not checked to make
30501 sure the value is of a legal type or range; if you write an
30502 annotation by hand, be sure to give a proper value or results
30503 will be unpredictable.  Mode-setting annotations are case-sensitive.
30505 While Embedded mode is enabled, the word @code{Local} appears in
30506 the mode line.  This is to show that mode setting commands generate
30507 annotations that are ``local'' to the current formula or set of
30508 formulas.  The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command
30509 causes Calc to generate different kinds of annotations.  Pressing
30510 @kbd{m R} repeatedly cycles through the possible modes.
30512 @code{LocEdit} and @code{LocPerm} modes generate annotations
30513 that look like this, respectively:
30515 @example
30516 % [calc-edit-mode: float-format: (sci 0)]
30517 % [calc-perm-mode: float-format: (sci 5)]
30518 @end example
30520 The first kind of annotation will be used only while a formula
30521 is enabled in Embedded mode.  The second kind will be used only
30522 when the formula is @emph{not} enabled.  (Whether the formula
30523 is ``active'' or not, i.e., whether Calc has seen this formula
30524 yet, is not relevant here.)
30526 @code{Global} mode generates an annotation like this at the end
30527 of the file:
30529 @example
30530 % [calc-global-mode: fractions t]
30531 @end example
30533 Global mode annotations affect all formulas throughout the file,
30534 and may appear anywhere in the file.  This allows you to tuck your
30535 mode annotations somewhere out of the way, say, on a new page of
30536 the file, as long as those mode settings are suitable for all
30537 formulas in the file.
30539 Enabling a formula with @kbd{M-# e} causes a fresh scan for local
30540 mode annotations; you will have to use this after adding annotations
30541 above a formula by hand to get the formula to notice them.  Updating
30542 a formula with @kbd{M-# u} will also re-scan the local modes, but
30543 global modes are only re-scanned by @kbd{M-# a}.
30545 Another way that modes can get out of date is if you add a local
30546 mode annotation to a formula that has another formula after it.
30547 In this example, we have used the @kbd{d s} command while the
30548 first of the two embedded formulas is active.  But the second
30549 formula has not changed its style to match, even though by the
30550 rules of reading annotations the @samp{(sci 0)} applies to it, too.
30552 @example
30553 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30554 1.23e2
30556 456.
30557 @end example
30559 We would have to go down to the other formula and press @kbd{M-# u}
30560 on it in order to get it to notice the new annotation.
30562 Two more mode-recording modes selectable by @kbd{m R} are @code{Save}
30563 (which works even outside of Embedded mode), in which mode settings
30564 are recorded permanently in your Calc init file (the file given by the
30565 variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el})
30566 rather than by annotating the current document, and no-recording
30567 mode (where there is no symbol like @code{Save} or @code{Local} in
30568 the mode line), in which mode-changing commands do not leave any
30569 annotations at all.
30571 When Embedded mode is not enabled, mode-recording modes except
30572 for @code{Save} have no effect.
30574 @node Customizing Embedded Mode, , Mode Settings in Embedded Mode, Embedded Mode
30575 @section Customizing Embedded Mode
30577 @noindent
30578 You can modify Embedded mode's behavior by setting various Lisp
30579 variables described here.  Use @kbd{M-x set-variable} or
30580 @kbd{M-x edit-options} to adjust a variable on the fly, or
30581 put a suitable @code{setq} statement in your Calc init file (or 
30582 @file{~/.emacs}) to set a variable permanently.  (Another possibility would
30583 be to use a file-local variable annotation at the end of the
30584 file; @pxref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
30585 Emacs manual}.)
30587 While none of these variables will be buffer-local by default, you
30588 can make any of them local to any Embedded mode buffer.  (Their
30589 values in the @samp{*Calculator*} buffer are never used.)
30591 @vindex calc-embedded-open-formula
30592 The @code{calc-embedded-open-formula} variable holds a regular
30593 expression for the opening delimiter of a formula.  @xref{Regexp Search,
30594 , Regular Expression Search, emacs, the Emacs manual}, to see
30595 how regular expressions work.  Basically, a regular expression is a
30596 pattern that Calc can search for.  A regular expression that considers
30597 blank lines, @samp{$}, and @samp{$$} to be opening delimiters is
30598 @code{"\\`\\|^\n\\|\\$\\$?"}.  Just in case the meaning of this
30599 regular expression is not completely plain, let's go through it
30600 in detail.
30602 The surrounding @samp{" "} marks quote the text between them as a
30603 Lisp string.  If you left them off, @code{set-variable} or
30604 @code{edit-options} would try to read the regular expression as a
30605 Lisp program.
30607 The most obvious property of this regular expression is that it
30608 contains indecently many backslashes.  There are actually two levels
30609 of backslash usage going on here.  First, when Lisp reads a quoted
30610 string, all pairs of characters beginning with a backslash are
30611 interpreted as special characters.  Here, @code{\n} changes to a
30612 new-line character, and @code{\\} changes to a single backslash.
30613 So the actual regular expression seen by Calc is
30614 @samp{\`\|^ @r{(newline)} \|\$\$?}.
30616 Regular expressions also consider pairs beginning with backslash
30617 to have special meanings.  Sometimes the backslash is used to quote
30618 a character that otherwise would have a special meaning in a regular
30619 expression, like @samp{$}, which normally means ``end-of-line,''
30620 or @samp{?}, which means that the preceding item is optional.  So
30621 @samp{\$\$?} matches either one or two dollar signs.
30623 The other codes in this regular expression are @samp{^}, which matches
30624 ``beginning-of-line,'' @samp{\|}, which means ``or,'' and @samp{\`},
30625 which matches ``beginning-of-buffer.''  So the whole pattern means
30626 that a formula begins at the beginning of the buffer, or on a newline
30627 that occurs at the beginning of a line (i.e., a blank line), or at
30628 one or two dollar signs.
30630 The default value of @code{calc-embedded-open-formula} looks just
30631 like this example, with several more alternatives added on to
30632 recognize various other common kinds of delimiters.
30634 By the way, the reason to use @samp{^\n} rather than @samp{^$}
30635 or @samp{\n\n}, which also would appear to match blank lines,
30636 is that the former expression actually ``consumes'' only one
30637 newline character as @emph{part of} the delimiter, whereas the
30638 latter expressions consume zero or two newlines, respectively.
30639 The former choice gives the most natural behavior when Calc
30640 must operate on a whole formula including its delimiters.
30642 See the Emacs manual for complete details on regular expressions.
30643 But just for your convenience, here is a list of all characters
30644 which must be quoted with backslash (like @samp{\$}) to avoid
30645 some special interpretation:  @samp{. * + ? [ ] ^ $ \}.  (Note
30646 the backslash in this list; for example, to match @samp{\[} you
30647 must use @code{"\\\\\\["}.  An exercise for the reader is to
30648 account for each of these six backslashes!)
30650 @vindex calc-embedded-close-formula
30651 The @code{calc-embedded-close-formula} variable holds a regular
30652 expression for the closing delimiter of a formula.  A closing
30653 regular expression to match the above example would be
30654 @code{"\\'\\|\n$\\|\\$\\$?"}.  This is almost the same as the
30655 other one, except it now uses @samp{\'} (``end-of-buffer'') and
30656 @samp{\n$} (newline occurring at end of line, yet another way
30657 of describing a blank line that is more appropriate for this
30658 case).
30660 @vindex calc-embedded-open-word
30661 @vindex calc-embedded-close-word
30662 The @code{calc-embedded-open-word} and @code{calc-embedded-close-word}
30663 variables are similar expressions used when you type @kbd{M-# w}
30664 instead of @kbd{M-# e} to enable Embedded mode.
30666 @vindex calc-embedded-open-plain
30667 The @code{calc-embedded-open-plain} variable is a string which
30668 begins a ``plain'' formula written in front of the formatted
30669 formula when @kbd{d p} mode is turned on.  Note that this is an
30670 actual string, not a regular expression, because Calc must be able
30671 to write this string into a buffer as well as to recognize it.
30672 The default string is @code{"%%% "} (note the trailing space).
30674 @vindex calc-embedded-close-plain
30675 The @code{calc-embedded-close-plain} variable is a string which
30676 ends a ``plain'' formula.  The default is @code{" %%%\n"}.  Without
30677 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
30678 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
30680 @vindex calc-embedded-open-new-formula
30681 The @code{calc-embedded-open-new-formula} variable is a string
30682 which is inserted at the front of a new formula when you type
30683 @kbd{M-# f}.  Its default value is @code{"\n\n"}.  If this
30684 string begins with a newline character and the @kbd{M-# f} is
30685 typed at the beginning of a line, @kbd{M-# f} will skip this
30686 first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in
30687 the file.
30689 @vindex calc-embedded-close-new-formula
30690 The @code{calc-embedded-close-new-formula} variable is the corresponding
30691 string which is inserted at the end of a new formula.  Its default
30692 value is also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by
30693 @w{@kbd{M-# f}} if typed at the end of a line.  (It follows that if
30694 @kbd{M-# f} is typed on a blank line, both a leading opening
30695 newline and a trailing closing newline are omitted.)
30697 @vindex calc-embedded-announce-formula
30698 The @code{calc-embedded-announce-formula} variable is a regular
30699 expression which is sure to be followed by an embedded formula.
30700 The @kbd{M-# a} command searches for this pattern as well as for
30701 @samp{=>} and @samp{:=} operators.  Note that @kbd{M-# a} will
30702 not activate just anything surrounded by formula delimiters; after
30703 all, blank lines are considered formula delimiters by default!
30704 But if your language includes a delimiter which can only occur
30705 actually in front of a formula, you can take advantage of it here.
30706 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, which
30707 checks for @samp{%Embed} followed by any number of lines beginning
30708 with @samp{%} and a space.  This last is important to make Calc
30709 consider mode annotations part of the pattern, so that the formula's
30710 opening delimiter really is sure to follow the pattern.
30712 @vindex calc-embedded-open-mode
30713 The @code{calc-embedded-open-mode} variable is a string (not a
30714 regular expression) which should precede a mode annotation.
30715 Calc never scans for this string; Calc always looks for the
30716 annotation itself.  But this is the string that is inserted before
30717 the opening bracket when Calc adds an annotation on its own.
30718 The default is @code{"% "}.
30720 @vindex calc-embedded-close-mode
30721 The @code{calc-embedded-close-mode} variable is a string which
30722 follows a mode annotation written by Calc.  Its default value
30723 is simply a newline, @code{"\n"}.  If you change this, it is a
30724 good idea still to end with a newline so that mode annotations
30725 will appear on lines by themselves.
30727 @node Programming, Installation, Embedded Mode, Top
30728 @chapter Programming
30730 @noindent
30731 There are several ways to ``program'' the Emacs Calculator, depending
30732 on the nature of the problem you need to solve.
30734 @enumerate
30735 @item
30736 @dfn{Keyboard macros} allow you to record a sequence of keystrokes
30737 and play them back at a later time.  This is just the standard Emacs
30738 keyboard macro mechanism, dressed up with a few more features such
30739 as loops and conditionals.
30741 @item
30742 @dfn{Algebraic definitions} allow you to use any formula to define a
30743 new function.  This function can then be used in algebraic formulas or
30744 as an interactive command.
30746 @item
30747 @dfn{Rewrite rules} are discussed in the section on algebra commands.
30748 @xref{Rewrite Rules}.  If you put your rewrite rules in the variable
30749 @code{EvalRules}, they will be applied automatically to all Calc
30750 results in just the same way as an internal ``rule'' is applied to
30751 evaluate @samp{sqrt(9)} to 3 and so on.  @xref{Automatic Rewrites}.
30753 @item
30754 @dfn{Lisp} is the programming language that Calc (and most of Emacs)
30755 is written in.  If the above techniques aren't powerful enough, you
30756 can write Lisp functions to do anything that built-in Calc commands
30757 can do.  Lisp code is also somewhat faster than keyboard macros or
30758 rewrite rules.
30759 @end enumerate
30761 @kindex z
30762 Programming features are available through the @kbd{z} and @kbd{Z}
30763 prefix keys.  New commands that you define are two-key sequences
30764 beginning with @kbd{z}.  Commands for managing these definitions
30765 use the shift-@kbd{Z} prefix.  (The @kbd{Z T} (@code{calc-timing})
30766 command is described elsewhere; @pxref{Troubleshooting Commands}.
30767 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command is also
30768 described elsewhere; @pxref{User-Defined Compositions}.)
30770 @menu
30771 * Creating User Keys::
30772 * Keyboard Macros::
30773 * Invocation Macros::
30774 * Algebraic Definitions::
30775 * Lisp Definitions::
30776 @end menu
30778 @node Creating User Keys, Keyboard Macros, Programming, Programming
30779 @section Creating User Keys
30781 @noindent
30782 @kindex Z D
30783 @pindex calc-user-define
30784 Any Calculator command may be bound to a key using the @kbd{Z D}
30785 (@code{calc-user-define}) command.  Actually, it is bound to a two-key
30786 sequence beginning with the lower-case @kbd{z} prefix.
30788 The @kbd{Z D} command first prompts for the key to define.  For example,
30789 press @kbd{Z D a} to define the new key sequence @kbd{z a}.  You are then
30790 prompted for the name of the Calculator command that this key should
30791 run.  For example, the @code{calc-sincos} command is not normally
30792 available on a key.  Typing @kbd{Z D s sincos @key{RET}} programs the
30793 @kbd{z s} key sequence to run @code{calc-sincos}.  This definition will remain
30794 in effect for the rest of this Emacs session, or until you redefine
30795 @kbd{z s} to be something else.
30797 You can actually bind any Emacs command to a @kbd{z} key sequence by
30798 backspacing over the @samp{calc-} when you are prompted for the command name.
30800 As with any other prefix key, you can type @kbd{z ?} to see a list of
30801 all the two-key sequences you have defined that start with @kbd{z}.
30802 Initially, no @kbd{z} sequences (except @kbd{z ?} itself) are defined.
30804 User keys are typically letters, but may in fact be any key.
30805 (@key{META}-keys are not permitted, nor are a terminal's special
30806 function keys which generate multi-character sequences when pressed.)
30807 You can define different commands on the shifted and unshifted versions
30808 of a letter if you wish.
30810 @kindex Z U
30811 @pindex calc-user-undefine
30812 The @kbd{Z U} (@code{calc-user-undefine}) command unbinds a user key.
30813 For example, the key sequence @kbd{Z U s} will undefine the @code{sincos}
30814 key we defined above.
30816 @kindex Z P
30817 @pindex calc-user-define-permanent
30818 @cindex Storing user definitions
30819 @cindex Permanent user definitions
30820 @cindex Calc init file, user-defined commands
30821 The @kbd{Z P} (@code{calc-user-define-permanent}) command makes a key
30822 binding permanent so that it will remain in effect even in future Emacs
30823 sessions.  (It does this by adding a suitable bit of Lisp code into
30824 your Calc init file; that is, the file given by the variable
30825 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}.)  For example,
30826 @kbd{Z P s} would register our @code{sincos} command permanently.  If
30827 you later wish to unregister this command you must edit your Calc init
30828 file by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
30829 use a different file for the Calc init file.)
30831 The @kbd{Z P} command also saves the user definition, if any, for the
30832 command bound to the key.  After @kbd{Z F} and @kbd{Z C}, a given user
30833 key could invoke a command, which in turn calls an algebraic function,
30834 which might have one or more special display formats.  A single @kbd{Z P}
30835 command will save all of these definitions.
30836 To save an algebraic function, type @kbd{'} (the apostrophe)
30837 when prompted for a key, and type the function name.  To save a command
30838 without its key binding, type @kbd{M-x} and enter a function name.  (The
30839 @samp{calc-} prefix will automatically be inserted for you.)
30840 (If the command you give implies a function, the function will be saved,
30841 and if the function has any display formats, those will be saved, but
30842 not the other way around:  Saving a function will not save any commands
30843 or key bindings associated with the function.) 
30845 @kindex Z E
30846 @pindex calc-user-define-edit
30847 @cindex Editing user definitions
30848 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command edits the definition
30849 of a user key.  This works for keys that have been defined by either
30850 keyboard macros or formulas; further details are contained in the relevant
30851 following sections.
30853 @node Keyboard Macros, Invocation Macros, Creating User Keys, Programming
30854 @section Programming with Keyboard Macros
30856 @noindent
30857 @kindex X
30858 @cindex Programming with keyboard macros
30859 @cindex Keyboard macros
30860 The easiest way to ``program'' the Emacs Calculator is to use standard
30861 keyboard macros.  Press @w{@kbd{C-x (}} to begin recording a macro.  From
30862 this point on, keystrokes you type will be saved away as well as
30863 performing their usual functions.  Press @kbd{C-x )} to end recording.
30864 Press shift-@kbd{X} (or the standard Emacs key sequence @kbd{C-x e}) to
30865 execute your keyboard macro by replaying the recorded keystrokes.
30866 @xref{Keyboard Macros, , , emacs, the Emacs Manual}, for further
30867 information.
30869 When you use @kbd{X} to invoke a keyboard macro, the entire macro is
30870 treated as a single command by the undo and trail features.  The stack
30871 display buffer is not updated during macro execution, but is instead
30872 fixed up once the macro completes.  Thus, commands defined with keyboard
30873 macros are convenient and efficient.  The @kbd{C-x e} command, on the
30874 other hand, invokes the keyboard macro with no special treatment: Each
30875 command in the macro will record its own undo information and trail entry,
30876 and update the stack buffer accordingly.  If your macro uses features
30877 outside of Calc's control to operate on the contents of the Calc stack
30878 buffer, or if it includes Undo, Redo, or last-arguments commands, you
30879 must use @kbd{C-x e} to make sure the buffer and undo list are up-to-date
30880 at all times.  You could also consider using @kbd{K} (@code{calc-keep-args})
30881 instead of @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
30883 Calc extends the standard Emacs keyboard macros in several ways.
30884 Keyboard macros can be used to create user-defined commands.  Keyboard
30885 macros can include conditional and iteration structures, somewhat
30886 analogous to those provided by a traditional programmable calculator.
30888 @menu
30889 * Naming Keyboard Macros::
30890 * Conditionals in Macros::
30891 * Loops in Macros::
30892 * Local Values in Macros::
30893 * Queries in Macros::
30894 @end menu
30896 @node Naming Keyboard Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros, Keyboard Macros
30897 @subsection Naming Keyboard Macros
30899 @noindent
30900 @kindex Z K
30901 @pindex calc-user-define-kbd-macro
30902 Once you have defined a keyboard macro, you can bind it to a @kbd{z}
30903 key sequence with the @kbd{Z K} (@code{calc-user-define-kbd-macro}) command.
30904 This command prompts first for a key, then for a command name.  For
30905 example, if you type @kbd{C-x ( n @key{TAB} n @key{TAB} C-x )} you will
30906 define a keyboard macro which negates the top two numbers on the stack
30907 (@key{TAB} swaps the top two stack elements).  Now you can type
30908 @kbd{Z K n @key{RET}} to define this keyboard macro onto the @kbd{z n} key
30909 sequence.  The default command name (if you answer the second prompt with
30910 just the @key{RET} key as in this example) will be something like
30911 @samp{calc-User-n}.  The keyboard macro will now be available as both
30912 @kbd{z n} and @kbd{M-x calc-User-n}.  You can backspace and enter a more
30913 descriptive command name if you wish.
30915 Macros defined by @kbd{Z K} act like single commands; they are executed
30916 in the same way as by the @kbd{X} key.  If you wish to define the macro
30917 as a standard no-frills Emacs macro (to be executed as if by @kbd{C-x e}),
30918 give a negative prefix argument to @kbd{Z K}.
30920 Once you have bound your keyboard macro to a key, you can use
30921 @kbd{Z P} to register it permanently with Emacs.  @xref{Creating User Keys}.
30923 @cindex Keyboard macros, editing
30924 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
30925 been defined by a keyboard macro tries to use the @code{edmacro} package
30926 edit the macro.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing and update 
30927 the definition stored on the key, or, to cancel the edit, kill the
30928 buffer with @kbd{C-x k}.
30929 The special characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC},
30930 @code{DEL}, and @code{NUL} must be entered as these three character
30931 sequences, written in all uppercase, as must the prefixes @code{C-} and
30932 @code{M-}.  Spaces and line breaks are ignored.  Other characters are
30933 copied verbatim into the keyboard macro.  Basically, the notation is the
30934 same as is used in all of this manual's examples, except that the manual
30935 takes some liberties with spaces: When we say @kbd{' [1 2 3] @key{RET}},
30936 we take it for granted that it is clear we really mean 
30937 @kbd{' [1 @key{SPC} 2 @key{SPC} 3] @key{RET}}.
30939 @kindex M-# m
30940 @pindex read-kbd-macro
30941 The @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) command reads an Emacs ``region''
30942 of spelled-out keystrokes and defines it as the current keyboard macro.
30943 It is a convenient way to define a keyboard macro that has been stored
30944 in a file, or to define a macro without executing it at the same time.
30946 @node Conditionals in Macros, Loops in Macros, Naming Keyboard Macros, Keyboard Macros
30947 @subsection Conditionals in Keyboard Macros
30949 @noindent
30950 @kindex Z [
30951 @kindex Z ]
30952 @pindex calc-kbd-if
30953 @pindex calc-kbd-else
30954 @pindex calc-kbd-else-if
30955 @pindex calc-kbd-end-if
30956 @cindex Conditional structures
30957 The @kbd{Z [} (@code{calc-kbd-if}) and @kbd{Z ]} (@code{calc-kbd-end-if})
30958 commands allow you to put simple tests in a keyboard macro.  When Calc
30959 sees the @kbd{Z [}, it pops an object from the stack and, if the object is
30960 a non-zero value, continues executing keystrokes.  But if the object is
30961 zero, or if it is not provably nonzero, Calc skips ahead to the matching
30962 @kbd{Z ]} keystroke.  @xref{Logical Operations}, for a set of commands for
30963 performing tests which conveniently produce 1 for true and 0 for false.
30965 For example, @kbd{@key{RET} 0 a < Z [ n Z ]} implements an absolute-value
30966 function in the form of a keyboard macro.  This macro duplicates the
30967 number on the top of the stack, pushes zero and compares using @kbd{a <}
30968 (@code{calc-less-than}), then, if the number was less than zero,
30969 executes @kbd{n} (@code{calc-change-sign}).  Otherwise, the change-sign
30970 command is skipped.
30972 To program this macro, type @kbd{C-x (}, type the above sequence of
30973 keystrokes, then type @kbd{C-x )}.  Note that the keystrokes will be
30974 executed while you are making the definition as well as when you later
30975 re-execute the macro by typing @kbd{X}.  Thus you should make sure a
30976 suitable number is on the stack before defining the macro so that you
30977 don't get a stack-underflow error during the definition process.
30979 Conditionals can be nested arbitrarily.  However, there should be exactly
30980 one @kbd{Z ]} for each @kbd{Z [} in a keyboard macro.
30982 @kindex Z :
30983 The @kbd{Z :} (@code{calc-kbd-else}) command allows you to choose between
30984 two keystroke sequences.  The general format is @kbd{@var{cond} Z [
30985 @var{then-part} Z : @var{else-part} Z ]}.  If @var{cond} is true
30986 (i.e., if the top of stack contains a non-zero number after @var{cond}
30987 has been executed), the @var{then-part} will be executed and the
30988 @var{else-part} will be skipped.  Otherwise, the @var{then-part} will
30989 be skipped and the @var{else-part} will be executed.
30991 @kindex Z |
30992 The @kbd{Z |} (@code{calc-kbd-else-if}) command allows you to choose
30993 between any number of alternatives.  For example,
30994 @kbd{@var{cond1} Z [ @var{part1} Z : @var{cond2} Z | @var{part2} Z :
30995 @var{part3} Z ]} will execute @var{part1} if @var{cond1} is true,
30996 otherwise it will execute @var{part2} if @var{cond2} is true, otherwise
30997 it will execute @var{part3}.
30999 More precisely, @kbd{Z [} pops a number and conditionally skips to the
31000 next matching @kbd{Z :} or @kbd{Z ]} key.  @w{@kbd{Z ]}} has no effect when
31001 actually executed.  @kbd{Z :} skips to the next matching @kbd{Z ]}.
31002 @kbd{Z |} pops a number and conditionally skips to the next matching
31003 @kbd{Z :} or @kbd{Z ]}; thus, @kbd{Z [} and @kbd{Z |} are functionally
31004 equivalent except that @kbd{Z [} participates in nesting but @kbd{Z |}
31005 does not.
31007 Calc's conditional and looping constructs work by scanning the
31008 keyboard macro for occurrences of character sequences like @samp{Z:}
31009 and @samp{Z]}.  One side-effect of this is that if you use these
31010 constructs you must be careful that these character pairs do not
31011 occur by accident in other parts of the macros.  Since Calc rarely
31012 uses shift-@kbd{Z} for any purpose except as a prefix character, this
31013 is not likely to be a problem.  Another side-effect is that it will
31014 not work to define your own custom key bindings for these commands.
31015 Only the standard shift-@kbd{Z} bindings will work correctly.
31017 @kindex Z C-g
31018 If Calc gets stuck while skipping characters during the definition of a
31019 macro, type @kbd{Z C-g} to cancel the definition.  (Typing plain @kbd{C-g}
31020 actually adds a @kbd{C-g} keystroke to the macro.)
31022 @node Loops in Macros, Local Values in Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros
31023 @subsection Loops in Keyboard Macros
31025 @noindent
31026 @kindex Z <
31027 @kindex Z >
31028 @pindex calc-kbd-repeat
31029 @pindex calc-kbd-end-repeat
31030 @cindex Looping structures
31031 @cindex Iterative structures
31032 The @kbd{Z <} (@code{calc-kbd-repeat}) and @kbd{Z >}
31033 (@code{calc-kbd-end-repeat}) commands pop a number from the stack,
31034 which must be an integer, then repeat the keystrokes between the brackets
31035 the specified number of times.  If the integer is zero or negative, the
31036 body is skipped altogether.  For example, @kbd{1 @key{TAB} Z < 2 * Z >}
31037 computes two to a nonnegative integer power.  First, we push 1 on the
31038 stack and then swap the integer argument back to the top.  The @kbd{Z <}
31039 pops that argument leaving the 1 back on top of the stack.  Then, we
31040 repeat a multiply-by-two step however many times.
31042 Once again, the keyboard macro is executed as it is being entered.
31043 In this case it is especially important to set up reasonable initial
31044 conditions before making the definition:  Suppose the integer 1000 just
31045 happened to be sitting on the stack before we typed the above definition!
31046 Another approach is to enter a harmless dummy definition for the macro,
31047 then go back and edit in the real one with a @kbd{Z E} command.  Yet
31048 another approach is to type the macro as written-out keystroke names
31049 in a buffer, then use @kbd{M-# m} (@code{read-kbd-macro}) to read the
31050 macro.
31052 @kindex Z /
31053 @pindex calc-break
31054 The @kbd{Z /} (@code{calc-kbd-break}) command allows you to break out
31055 of a keyboard macro loop prematurely.  It pops an object from the stack;
31056 if that object is true (a non-zero number), control jumps out of the
31057 innermost enclosing @kbd{Z <} @dots{} @kbd{Z >} loop and continues
31058 after the @kbd{Z >}.  If the object is false, the @kbd{Z /} has no
31059 effect.  Thus @kbd{@var{cond} Z /} is similar to @samp{if (@var{cond}) break;}
31060 in the C language.
31062 @kindex Z (
31063 @kindex Z )
31064 @pindex calc-kbd-for
31065 @pindex calc-kbd-end-for
31066 The @kbd{Z (} (@code{calc-kbd-for}) and @kbd{Z )} (@code{calc-kbd-end-for})
31067 commands are similar to @kbd{Z <} and @kbd{Z >}, except that they make the
31068 value of the counter available inside the loop.  The general layout is
31069 @kbd{@var{init} @var{final} Z ( @var{body} @var{step} Z )}.  The @kbd{Z (}
31070 command pops initial and final values from the stack.  It then creates
31071 a temporary internal counter and initializes it with the value @var{init}.
31072 The @kbd{Z (} command then repeatedly pushes the counter value onto the
31073 stack and executes @var{body} and @var{step}, adding @var{step} to the
31074 counter each time until the loop finishes.
31076 @cindex Summations (by keyboard macros)
31077 By default, the loop finishes when the counter becomes greater than (or
31078 less than) @var{final}, assuming @var{initial} is less than (greater
31079 than) @var{final}.  If @var{initial} is equal to @var{final}, the body
31080 executes exactly once.  The body of the loop always executes at least
31081 once.  For example, @kbd{0 1 10 Z ( 2 ^ + 1 Z )} computes the sum of the
31082 squares of the integers from 1 to 10, in steps of 1.
31084 If you give a numeric prefix argument of 1 to @kbd{Z (}, the loop is
31085 forced to use upward-counting conventions.  In this case, if @var{initial}
31086 is greater than @var{final} the body will not be executed at all.
31087 Note that @var{step} may still be negative in this loop; the prefix
31088 argument merely constrains the loop-finished test.  Likewise, a prefix
31089 argument of @mathit{-1} forces downward-counting conventions.
31091 @kindex Z @{
31092 @kindex Z @}
31093 @pindex calc-kbd-loop
31094 @pindex calc-kbd-end-loop
31095 The @kbd{Z @{} (@code{calc-kbd-loop}) and @kbd{Z @}}
31096 (@code{calc-kbd-end-loop}) commands are similar to @kbd{Z <} and
31097 @kbd{Z >}, except that they do not pop a count from the stack---they
31098 effectively create an infinite loop.  Every @kbd{Z @{} @dots{} @kbd{Z @}}
31099 loop ought to include at least one @kbd{Z /} to make sure the loop
31100 doesn't run forever.  (If any error message occurs which causes Emacs
31101 to beep, the keyboard macro will also be halted; this is a standard
31102 feature of Emacs.  You can also generally press @kbd{C-g} to halt a
31103 running keyboard macro, although not all versions of Unix support
31104 this feature.)
31106 The conditional and looping constructs are not actually tied to
31107 keyboard macros, but they are most often used in that context.
31108 For example, the keystrokes @kbd{10 Z < 23 @key{RET} Z >} push
31109 ten copies of 23 onto the stack.  This can be typed ``live'' just
31110 as easily as in a macro definition.
31112 @xref{Conditionals in Macros}, for some additional notes about
31113 conditional and looping commands.
31115 @node Local Values in Macros, Queries in Macros, Loops in Macros, Keyboard Macros
31116 @subsection Local Values in Macros
31118 @noindent
31119 @cindex Local variables
31120 @cindex Restoring saved modes
31121 Keyboard macros sometimes want to operate under known conditions
31122 without affecting surrounding conditions.  For example, a keyboard
31123 macro may wish to turn on Fraction mode, or set a particular
31124 precision, independent of the user's normal setting for those
31125 modes.
31127 @kindex Z `
31128 @kindex Z '
31129 @pindex calc-kbd-push
31130 @pindex calc-kbd-pop
31131 Macros also sometimes need to use local variables.  Assignments to
31132 local variables inside the macro should not affect any variables
31133 outside the macro.  The @kbd{Z `} (@code{calc-kbd-push}) and @kbd{Z '}
31134 (@code{calc-kbd-pop}) commands give you both of these capabilities.
31136 When you type @kbd{Z `} (with a backquote or accent grave character),
31137 the values of various mode settings are saved away.  The ten ``quick''
31138 variables @code{q0} through @code{q9} are also saved.  When
31139 you type @w{@kbd{Z '}} (with an apostrophe), these values are restored.
31140 Pairs of @kbd{Z `} and @kbd{Z '} commands may be nested.
31142 If a keyboard macro halts due to an error in between a @kbd{Z `} and
31143 a @kbd{Z '}, the saved values will be restored correctly even though
31144 the macro never reaches the @kbd{Z '} command.  Thus you can use
31145 @kbd{Z `} and @kbd{Z '} without having to worry about what happens
31146 in exceptional conditions.
31148 If you type @kbd{Z `} ``live'' (not in a keyboard macro), Calc puts
31149 you into a ``recursive edit.''  You can tell you are in a recursive
31150 edit because there will be extra square brackets in the mode line,
31151 as in @samp{[(Calculator)]}.  These brackets will go away when you
31152 type the matching @kbd{Z '} command.  The modes and quick variables
31153 will be saved and restored in just the same way as if actual keyboard
31154 macros were involved.
31156 The modes saved by @kbd{Z `} and @kbd{Z '} are the current precision
31157 and binary word size, the angular mode (Deg, Rad, or HMS), the
31158 simplification mode, Algebraic mode, Symbolic mode, Infinite mode,
31159 Matrix or Scalar mode, Fraction mode, and the current complex mode
31160 (Polar or Rectangular).  The ten ``quick'' variables' values (or lack
31161 thereof) are also saved.
31163 Most mode-setting commands act as toggles, but with a numeric prefix
31164 they force the mode either on (positive prefix) or off (negative
31165 or zero prefix).  Since you don't know what the environment might
31166 be when you invoke your macro, it's best to use prefix arguments
31167 for all mode-setting commands inside the macro.
31169 In fact, @kbd{C-u Z `} is like @kbd{Z `} except that it sets the modes
31170 listed above to their default values.  As usual, the matching @kbd{Z '}
31171 will restore the modes to their settings from before the @kbd{C-u Z `}.
31172 Also, @w{@kbd{Z `}} with a negative prefix argument resets the algebraic mode
31173 to its default (off) but leaves the other modes the same as they were
31174 outside the construct.
31176 The contents of the stack and trail, values of non-quick variables, and
31177 other settings such as the language mode and the various display modes,
31178 are @emph{not} affected by @kbd{Z `} and @kbd{Z '}.
31180 @node Queries in Macros, , Local Values in Macros, Keyboard Macros
31181 @subsection Queries in Keyboard Macros
31183 @noindent
31184 @kindex Z =
31185 @pindex calc-kbd-report
31186 The @kbd{Z =} (@code{calc-kbd-report}) command displays an informative
31187 message including the value on the top of the stack.  You are prompted
31188 to enter a string.  That string, along with the top-of-stack value,
31189 is displayed unless @kbd{m w} (@code{calc-working}) has been used
31190 to turn such messages off.
31192 @kindex Z #
31193 @pindex calc-kbd-query
31194 The @kbd{Z #} (@code{calc-kbd-query}) command displays a prompt message
31195 (which you enter during macro definition), then does an algebraic entry
31196 which takes its input from the keyboard, even during macro execution.
31197 This command allows your keyboard macros to accept numbers or formulas
31198 as interactive input.  All the normal conventions of algebraic input,
31199 including the use of @kbd{$} characters, are supported.
31201 @xref{Keyboard Macro Query, , , emacs, the Emacs Manual}, for a description of
31202 @kbd{C-x q} (@code{kbd-macro-query}), the standard Emacs way to accept
31203 keyboard input during a keyboard macro.  In particular, you can use
31204 @kbd{C-x q} to enter a recursive edit, which allows the user to perform
31205 any Calculator operations interactively before pressing @kbd{C-M-c} to
31206 return control to the keyboard macro.
31208 @node Invocation Macros, Algebraic Definitions, Keyboard Macros, Programming
31209 @section Invocation Macros
31211 @kindex M-# z
31212 @kindex Z I
31213 @pindex calc-user-invocation
31214 @pindex calc-user-define-invocation
31215 Calc provides one special keyboard macro, called up by @kbd{M-# z}
31216 (@code{calc-user-invocation}), that is intended to allow you to define
31217 your own special way of starting Calc.  To define this ``invocation
31218 macro,'' create the macro in the usual way with @kbd{C-x (} and
31219 @kbd{C-x )}, then type @kbd{Z I} (@code{calc-user-define-invocation}).
31220 There is only one invocation macro, so you don't need to type any
31221 additional letters after @kbd{Z I}.  From now on, you can type
31222 @kbd{M-# z} at any time to execute your invocation macro.
31224 For example, suppose you find yourself often grabbing rectangles of
31225 numbers into Calc and multiplying their columns.  You can do this
31226 by typing @kbd{M-# r} to grab, and @kbd{V R : *} to multiply columns.
31227 To make this into an invocation macro, just type @kbd{C-x ( M-# r
31228 V R : * C-x )}, then @kbd{Z I}.  Then, to multiply a rectangle of data,
31229 just mark the data in its buffer in the usual way and type @kbd{M-# z}.
31231 Invocation macros are treated like regular Emacs keyboard macros;
31232 all the special features described above for @kbd{Z K}-style macros
31233 do not apply.  @kbd{M-# z} is just like @kbd{C-x e}, except that it
31234 uses the macro that was last stored by @kbd{Z I}.  (In fact, the
31235 macro does not even have to have anything to do with Calc!)
31237 The @kbd{m m} command saves the last invocation macro defined by
31238 @kbd{Z I} along with all the other Calc mode settings.
31239 @xref{General Mode Commands}.
31241 @node Algebraic Definitions, Lisp Definitions, Invocation Macros, Programming
31242 @section Programming with Formulas
31244 @noindent
31245 @kindex Z F
31246 @pindex calc-user-define-formula
31247 @cindex Programming with algebraic formulas
31248 Another way to create a new Calculator command uses algebraic formulas.
31249 The @kbd{Z F} (@code{calc-user-define-formula}) command stores the
31250 formula at the top of the stack as the definition for a key.  This
31251 command prompts for five things: The key, the command name, the function
31252 name, the argument list, and the behavior of the command when given
31253 non-numeric arguments.
31255 For example, suppose we type @kbd{' a+2b @key{RET}} to push the formula
31256 @samp{a + 2*b} onto the stack.  We now type @kbd{Z F m} to define this
31257 formula on the @kbd{z m} key sequence.  The next prompt is for a command
31258 name, beginning with @samp{calc-}, which should be the long (@kbd{M-x}) form
31259 for the new command.  If you simply press @key{RET}, a default name like
31260 @code{calc-User-m} will be constructed.  In our example, suppose we enter
31261 @kbd{spam @key{RET}} to define the new command as @code{calc-spam}.
31263 If you want to give the formula a long-style name only, you can press
31264 @key{SPC} or @key{RET} when asked which single key to use.  For example
31265 @kbd{Z F @key{RET} spam @key{RET}} defines the new command as
31266 @kbd{M-x calc-spam}, with no keyboard equivalent.
31268 The third prompt is for an algebraic function name.  The default is to
31269 use the same name as the command name but without the @samp{calc-}
31270 prefix.  (If this is of the form @samp{User-m}, the hyphen is removed so
31271 it won't be taken for a minus sign in algebraic formulas.)
31272 This is the name you will use if you want to enter your 
31273 new function in an algebraic formula.  Suppose we enter @kbd{yow @key{RET}}.
31274 Then the new function can be invoked by pushing two numbers on the
31275 stack and typing @kbd{z m} or @kbd{x spam}, or by entering the algebraic
31276 formula @samp{yow(x,y)}.
31278 The fourth prompt is for the function's argument list.  This is used to
31279 associate values on the stack with the variables that appear in the formula.
31280 The default is a list of all variables which appear in the formula, sorted
31281 into alphabetical order.  In our case, the default would be @samp{(a b)}.
31282 This means that, when the user types @kbd{z m}, the Calculator will remove
31283 two numbers from the stack, substitute these numbers for @samp{a} and
31284 @samp{b} (respectively) in the formula, then simplify the formula and
31285 push the result on the stack.  In other words, @kbd{10 @key{RET} 100 z m}
31286 would replace the 10 and 100 on the stack with the number 210, which is
31287 @expr{a + 2 b} with @expr{a=10} and @expr{b=100}.  Likewise, the formula
31288 @samp{yow(10, 100)} will be evaluated by substituting @expr{a=10} and
31289 @expr{b=100} in the definition.
31291 You can rearrange the order of the names before pressing @key{RET} to
31292 control which stack positions go to which variables in the formula.  If
31293 you remove a variable from the argument list, that variable will be left
31294 in symbolic form by the command.  Thus using an argument list of @samp{(b)}
31295 for our function would cause @kbd{10 z m} to replace the 10 on the stack
31296 with the formula @samp{a + 20}.  If we had used an argument list of
31297 @samp{(b a)}, the result with inputs 10 and 100 would have been 120.
31299 You can also put a nameless function on the stack instead of just a
31300 formula, as in @samp{<a, b : a + 2 b>}.  @xref{Specifying Operators}.
31301 In this example, the command will be defined by the formula @samp{a + 2 b}
31302 using the argument list @samp{(a b)}.
31304 The final prompt is a y-or-n question concerning what to do if symbolic
31305 arguments are given to your function.  If you answer @kbd{y}, then
31306 executing @kbd{z m} (using the original argument list @samp{(a b)}) with
31307 arguments @expr{10} and @expr{x} will leave the function in symbolic
31308 form, i.e., @samp{yow(10,x)}.  On the other hand, if you answer @kbd{n},
31309 then the formula will always be expanded, even for non-constant
31310 arguments: @samp{10 + 2 x}.  If you never plan to feed algebraic
31311 formulas to your new function, it doesn't matter how you answer this
31312 question.
31314 If you answered @kbd{y} to this question you can still cause a function
31315 call to be expanded by typing @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}).
31316 Also, Calc will expand the function if necessary when you take a
31317 derivative or integral or solve an equation involving the function.
31319 @kindex Z G
31320 @pindex calc-get-user-defn
31321 Once you have defined a formula on a key, you can retrieve this formula
31322 with the @kbd{Z G} (@code{calc-user-define-get-defn}) command.  Press a
31323 key, and this command pushes the formula that was used to define that
31324 key onto the stack.  Actually, it pushes a nameless function that
31325 specifies both the argument list and the defining formula.  You will get
31326 an error message if the key is undefined, or if the key was not defined
31327 by a @kbd{Z F} command.
31329 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
31330 been defined by a formula uses a variant of the @code{calc-edit} command
31331 to edit the defining formula.  Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and
31332 store the new formula back in the definition, or kill the buffer with
31333 @kbd{C-x k} to
31334 cancel the edit.  (The argument list and other properties of the
31335 definition are unchanged; to adjust the argument list, you can use
31336 @kbd{Z G} to grab the function onto the stack, edit with @kbd{`}, and
31337 then re-execute the @kbd{Z F} command.)
31339 As usual, the @kbd{Z P} command records your definition permanently.
31340 In this case it will permanently record all three of the relevant
31341 definitions: the key, the command, and the function.
31343 You may find it useful to turn off the default simplifications with
31344 @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) when entering a formula to be
31345 used as a function definition.  For example, the formula @samp{deriv(a^2,v)}
31346 which might be used to define a new function @samp{dsqr(a,v)} will be
31347 ``simplified'' to 0 immediately upon entry since @code{deriv} considers
31348 @expr{a} to be constant with respect to @expr{v}.  Turning off
31349 default simplifications cures this problem:  The definition will be stored
31350 in symbolic form without ever activating the @code{deriv} function.  Press
31351 @kbd{m D} to turn the default simplifications back on afterwards.
31353 @node Lisp Definitions, , Algebraic Definitions, Programming
31354 @section Programming with Lisp
31356 @noindent
31357 The Calculator can be programmed quite extensively in Lisp.  All you
31358 do is write a normal Lisp function definition, but with @code{defmath}
31359 in place of @code{defun}.  This has the same form as @code{defun}, but it
31360 automagically replaces calls to standard Lisp functions like @code{+} and
31361 @code{zerop} with calls to the corresponding functions in Calc's own library.
31362 Thus you can write natural-looking Lisp code which operates on all of the
31363 standard Calculator data types.  You can then use @kbd{Z D} if you wish to
31364 bind your new command to a @kbd{z}-prefix key sequence.  The @kbd{Z E} command
31365 will not edit a Lisp-based definition.
31367 Emacs Lisp is described in the GNU Emacs Lisp Reference Manual.  This section
31368 assumes a familiarity with Lisp programming concepts; if you do not know
31369 Lisp, you may find keyboard macros or rewrite rules to be an easier way
31370 to program the Calculator.
31372 This section first discusses ways to write commands, functions, or
31373 small programs to be executed inside of Calc.  Then it discusses how
31374 your own separate programs are able to call Calc from the outside.
31375 Finally, there is a list of internal Calc functions and data structures
31376 for the true Lisp enthusiast.
31378 @menu
31379 * Defining Functions::
31380 * Defining Simple Commands::
31381 * Defining Stack Commands::
31382 * Argument Qualifiers::
31383 * Example Definitions::
31385 * Calling Calc from Your Programs::
31386 * Internals::
31387 @end menu
31389 @node Defining Functions, Defining Simple Commands, Lisp Definitions, Lisp Definitions
31390 @subsection Defining New Functions
31392 @noindent
31393 @findex defmath
31394 The @code{defmath} function (actually a Lisp macro) is like @code{defun}
31395 except that code in the body of the definition can make use of the full
31396 range of Calculator data types.  The prefix @samp{calcFunc-} is added
31397 to the specified name to get the actual Lisp function name.  As a simple
31398 example,
31400 @example
31401 (defmath myfact (n)
31402   (if (> n 0)
31403       (* n (myfact (1- n)))
31404     1))
31405 @end example
31407 @noindent
31408 This actually expands to the code,
31410 @example
31411 (defun calcFunc-myfact (n)
31412   (if (math-posp n)
31413       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31414     1))
31415 @end example
31417 @noindent
31418 This function can be used in algebraic expressions, e.g., @samp{myfact(5)}.
31420 The @samp{myfact} function as it is defined above has the bug that an
31421 expression @samp{myfact(a+b)} will be simplified to 1 because the
31422 formula @samp{a+b} is not considered to be @code{posp}.  A robust
31423 factorial function would be written along the following lines:
31425 @smallexample
31426 (defmath myfact (n)
31427   (if (> n 0)
31428       (* n (myfact (1- n)))
31429     (if (= n 0)
31430         1
31431       nil)))    ; this could be simplified as: (and (= n 0) 1)
31432 @end smallexample
31434 If a function returns @code{nil}, it is left unsimplified by the Calculator
31435 (except that its arguments will be simplified).  Thus, @samp{myfact(a+1+2)}
31436 will be simplified to @samp{myfact(a+3)} but no further.  Beware that every
31437 time the Calculator reexamines this formula it will attempt to resimplify
31438 it, so your function ought to detect the returning-@code{nil} case as
31439 efficiently as possible.
31441 The following standard Lisp functions are treated by @code{defmath}:
31442 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^} or
31443 @code{expt}, @code{=}, @code{<}, @code{>}, @code{<=}, @code{>=},
31444 @code{/=}, @code{1+}, @code{1-}, @code{logand}, @code{logior}, @code{logxor},
31445 @code{logandc2}, @code{lognot}.  Also, @code{~=} is an abbreviation for
31446 @code{math-nearly-equal}, which is useful in implementing Taylor series.
31448 For other functions @var{func}, if a function by the name
31449 @samp{calcFunc-@var{func}} exists it is used, otherwise if a function by the
31450 name @samp{math-@var{func}} exists it is used, otherwise if @var{func} itself
31451 is defined as a function it is used, otherwise @samp{calcFunc-@var{func}} is
31452 used on the assumption that this is a to-be-defined math function.  Also, if
31453 the function name is quoted as in @samp{('integerp a)} the function name is
31454 always used exactly as written (but not quoted).
31456 Variable names have @samp{var-} prepended to them unless they appear in
31457 the function's argument list or in an enclosing @code{let}, @code{let*},
31458 @code{for}, or @code{foreach} form,
31459 or their names already contain a @samp{-} character.  Thus a reference to
31460 @samp{foo} is the same as a reference to @samp{var-foo}.
31462 A few other Lisp extensions are available in @code{defmath} definitions:
31464 @itemize @bullet
31465 @item
31466 The @code{elt} function accepts any number of index variables.
31467 Note that Calc vectors are stored as Lisp lists whose first
31468 element is the symbol @code{vec}; thus, @samp{(elt v 2)} yields
31469 the second element of vector @code{v}, and @samp{(elt m i j)}
31470 yields one element of a Calc matrix.
31472 @item
31473 The @code{setq} function has been extended to act like the Common
31474 Lisp @code{setf} function.  (The name @code{setf} is recognized as
31475 a synonym of @code{setq}.)  Specifically, the first argument of
31476 @code{setq} can be an @code{nth}, @code{elt}, @code{car}, or @code{cdr} form,
31477 in which case the effect is to store into the specified
31478 element of a list.  Thus, @samp{(setq (elt m i j) x)} stores @expr{x}
31479 into one element of a matrix.
31481 @item
31482 A @code{for} looping construct is available.  For example,
31483 @samp{(for ((i 0 10)) body)} executes @code{body} once for each
31484 binding of @expr{i} from zero to 10.  This is like a @code{let}
31485 form in that @expr{i} is temporarily bound to the loop count
31486 without disturbing its value outside the @code{for} construct.
31487 Nested loops, as in @samp{(for ((i 0 10) (j 0 (1- i) 2)) body)},
31488 are also available.  For each value of @expr{i} from zero to 10,
31489 @expr{j} counts from 0 to @expr{i-1} in steps of two.  Note that
31490 @code{for} has the same general outline as @code{let*}, except
31491 that each element of the header is a list of three or four
31492 things, not just two.
31494 @item
31495 The @code{foreach} construct loops over elements of a list.
31496 For example, @samp{(foreach ((x (cdr v))) body)} executes
31497 @code{body} with @expr{x} bound to each element of Calc vector
31498 @expr{v} in turn.  The purpose of @code{cdr} here is to skip over
31499 the initial @code{vec} symbol in the vector.
31501 @item
31502 The @code{break} function breaks out of the innermost enclosing
31503 @code{while}, @code{for}, or @code{foreach} loop.  If given a
31504 value, as in @samp{(break x)}, this value is returned by the
31505 loop.  (Lisp loops otherwise always return @code{nil}.)
31507 @item
31508 The @code{return} function prematurely returns from the enclosing
31509 function.  For example, @samp{(return (+ x y))} returns @expr{x+y}
31510 as the value of a function.  You can use @code{return} anywhere
31511 inside the body of the function.
31512 @end itemize
31514 Non-integer numbers (and extremely large integers) cannot be included
31515 directly into a @code{defmath} definition.  This is because the Lisp
31516 reader will fail to parse them long before @code{defmath} ever gets control.
31517 Instead, use the notation, @samp{:"3.1415"}.  In fact, any algebraic
31518 formula can go between the quotes.  For example,
31520 @smallexample
31521 (defmath sqexp (x)     ; sqexp(x) == sqrt(exp(x)) == exp(x*0.5)
31522   (and (numberp x)
31523        (exp :"x * 0.5")))
31524 @end smallexample
31526 expands to
31528 @smallexample
31529 (defun calcFunc-sqexp (x)
31530   (and (math-numberp x)
31531        (calcFunc-exp (math-mul x '(float 5 -1)))))
31532 @end smallexample
31534 Note the use of @code{numberp} as a guard to ensure that the argument is
31535 a number first, returning @code{nil} if not.  The exponential function
31536 could itself have been included in the expression, if we had preferred:
31537 @samp{:"exp(x * 0.5)"}.  As another example, the multiplication-and-recursion
31538 step of @code{myfact} could have been written
31540 @example
31541 :"n * myfact(n-1)"
31542 @end example
31544 A good place to put your @code{defmath} commands is your Calc init file
31545 (the file given by @code{calc-settings-file}, typically
31546 @file{~/.calc.el}), which will not be loaded until Calc starts.
31547 If a file named @file{.emacs} exists in your home directory, Emacs reads
31548 and executes the Lisp forms in this file as it starts up.  While it may
31549 seem reasonable to put your favorite @code{defmath} commands there,
31550 this has the unfortunate side-effect that parts of the Calculator must be
31551 loaded in to process the @code{defmath} commands whether or not you will
31552 actually use the Calculator!  If you want to put the @code{defmath}
31553 commands there (for example, if you redefine @code{calc-settings-file}
31554 to be @file{.emacs}), a better effect can be had by writing
31556 @example
31557 (put 'calc-define 'thing '(progn
31558  (defmath ... )
31559  (defmath ... )
31561 @end example
31563 @noindent
31564 @vindex calc-define
31565 The @code{put} function adds a @dfn{property} to a symbol.  Each Lisp
31566 symbol has a list of properties associated with it.  Here we add a
31567 property with a name of @code{thing} and a @samp{(progn ...)} form as
31568 its value.  When Calc starts up, and at the start of every Calc command,
31569 the property list for the symbol @code{calc-define} is checked and the
31570 values of any properties found are evaluated as Lisp forms.  The
31571 properties are removed as they are evaluated.  The property names
31572 (like @code{thing}) are not used; you should choose something like the
31573 name of your project so as not to conflict with other properties.
31575 The net effect is that you can put the above code in your @file{.emacs}
31576 file and it will not be executed until Calc is loaded.  Or, you can put
31577 that same code in another file which you load by hand either before or
31578 after Calc itself is loaded.
31580 The properties of @code{calc-define} are evaluated in the same order
31581 that they were added.  They can assume that the Calc modules @file{calc.el},
31582 @file{calc-ext.el}, and @file{calc-macs.el} have been fully loaded, and
31583 that the @samp{*Calculator*} buffer will be the current buffer.
31585 If your @code{calc-define} property only defines algebraic functions,
31586 you can be sure that it will have been evaluated before Calc tries to
31587 call your function, even if the file defining the property is loaded
31588 after Calc is loaded.  But if the property defines commands or key
31589 sequences, it may not be evaluated soon enough.  (Suppose it defines the
31590 new command @code{tweak-calc}; the user can load your file, then type
31591 @kbd{M-x tweak-calc} before Calc has had chance to do anything.)  To
31592 protect against this situation, you can put
31594 @example
31595 (run-hooks 'calc-check-defines)
31596 @end example
31598 @findex calc-check-defines
31599 @noindent
31600 at the end of your file.  The @code{calc-check-defines} function is what
31601 looks for and evaluates properties on @code{calc-define}; @code{run-hooks}
31602 has the advantage that it is quietly ignored if @code{calc-check-defines}
31603 is not yet defined because Calc has not yet been loaded.
31605 Examples of things that ought to be enclosed in a @code{calc-define}
31606 property are @code{defmath} calls, @code{define-key} calls that modify
31607 the Calc key map, and any calls that redefine things defined inside Calc.
31608 Ordinary @code{defun}s need not be enclosed with @code{calc-define}.
31610 @node Defining Simple Commands, Defining Stack Commands, Defining Functions, Lisp Definitions
31611 @subsection Defining New Simple Commands
31613 @noindent
31614 @findex interactive
31615 If a @code{defmath} form contains an @code{interactive} clause, it defines
31616 a Calculator command.  Actually such a @code{defmath} results in @emph{two}
31617 function definitions:  One, a @samp{calcFunc-} function as was just described,
31618 with the @code{interactive} clause removed.  Two, a @samp{calc-} function
31619 with a suitable @code{interactive} clause and some sort of wrapper to make
31620 the command work in the Calc environment.
31622 In the simple case, the @code{interactive} clause has the same form as
31623 for normal Emacs Lisp commands:
31625 @smallexample
31626 (defmath increase-precision (delta)
31627   "Increase precision by DELTA."     ; This is the "documentation string"
31628   (interactive "p")                  ; Register this as a M-x-able command
31629   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31630 @end smallexample
31632 This expands to the pair of definitions,
31634 @smallexample
31635 (defun calc-increase-precision (delta)
31636   "Increase precision by DELTA."
31637   (interactive "p")
31638   (calc-wrapper
31639    (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta))))
31641 (defun calcFunc-increase-precision (delta)
31642   "Increase precision by DELTA."
31643   (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta)))
31644 @end smallexample
31646 @noindent
31647 where in this case the latter function would never really be used!  Note
31648 that since the Calculator stores small integers as plain Lisp integers,
31649 the @code{math-add} function will work just as well as the native
31650 @code{+} even when the intent is to operate on native Lisp integers.
31652 @findex calc-wrapper
31653 The @samp{calc-wrapper} call invokes a macro which surrounds the body of
31654 the function with code that looks roughly like this:
31656 @smallexample
31657 (let ((calc-command-flags nil))
31658   (unwind-protect
31659       (save-excursion
31660         (calc-select-buffer)
31661         @emph{body of function}
31662         @emph{renumber stack}
31663         @emph{clear} Working @emph{message})
31664     @emph{realign cursor and window}
31665     @emph{clear Inverse, Hyperbolic, and Keep Args flags}
31666     @emph{update Emacs mode line}))
31667 @end smallexample
31669 @findex calc-select-buffer
31670 The @code{calc-select-buffer} function selects the @samp{*Calculator*}
31671 buffer if necessary, say, because the command was invoked from inside
31672 the @samp{*Calc Trail*} window.
31674 @findex calc-set-command-flag
31675 You can call, for example, @code{(calc-set-command-flag 'no-align)} to
31676 set the above-mentioned command flags.  Calc routines recognize the
31677 following command flags:
31679 @table @code
31680 @item renum-stack
31681 Stack line numbers @samp{1:}, @samp{2:}, and so on must be renumbered
31682 after this command completes.  This is set by routines like
31683 @code{calc-push}.
31685 @item clear-message
31686 Calc should call @samp{(message "")} if this command completes normally
31687 (to clear a ``Working@dots{}'' message out of the echo area).
31689 @item no-align
31690 Do not move the cursor back to the @samp{.} top-of-stack marker.
31692 @item position-point
31693 Use the variables @code{calc-position-point-line} and
31694 @code{calc-position-point-column} to position the cursor after
31695 this command finishes.
31697 @item keep-flags
31698 Do not clear @code{calc-inverse-flag}, @code{calc-hyperbolic-flag},
31699 and @code{calc-keep-args-flag} at the end of this command.
31701 @item do-edit
31702 Switch to buffer @samp{*Calc Edit*} after this command.
31704 @item hold-trail
31705 Do not move trail pointer to end of trail when something is recorded
31706 there.
31707 @end table
31709 @kindex Y
31710 @kindex Y ?
31711 @vindex calc-Y-help-msgs
31712 Calc reserves a special prefix key, shift-@kbd{Y}, for user-written
31713 extensions to Calc.  There are no built-in commands that work with
31714 this prefix key; you must call @code{define-key} from Lisp (probably
31715 from inside a @code{calc-define} property) to add to it.  Initially only
31716 @kbd{Y ?} is defined; it takes help messages from a list of strings
31717 (initially @code{nil}) in the variable @code{calc-Y-help-msgs}.  All
31718 other undefined keys except for @kbd{Y} are reserved for use by
31719 future versions of Calc.
31721 If you are writing a Calc enhancement which you expect to give to
31722 others, it is best to minimize the number of @kbd{Y}-key sequences
31723 you use.  In fact, if you have more than one key sequence you should
31724 consider defining three-key sequences with a @kbd{Y}, then a key that
31725 stands for your package, then a third key for the particular command
31726 within your package.
31728 Users may wish to install several Calc enhancements, and it is possible
31729 that several enhancements will choose to use the same key.  In the
31730 example below, a variable @code{inc-prec-base-key} has been defined
31731 to contain the key that identifies the @code{inc-prec} package.  Its
31732 value is initially @code{"P"}, but a user can change this variable
31733 if necessary without having to modify the file.
31735 Here is a complete file, @file{inc-prec.el}, which makes a @kbd{Y P I}
31736 command that increases the precision, and a @kbd{Y P D} command that
31737 decreases the precision.
31739 @smallexample
31740 ;;; Increase and decrease Calc precision.  Dave Gillespie, 5/31/91.
31741 ;;; (Include copyright or copyleft stuff here.)
31743 (defvar inc-prec-base-key "P"
31744   "Base key for inc-prec.el commands.")
31746 (put 'calc-define 'inc-prec '(progn
31748 (define-key calc-mode-map (format "Y%sI" inc-prec-base-key)
31749             'increase-precision)
31750 (define-key calc-mode-map (format "Y%sD" inc-prec-base-key)
31751             'decrease-precision)
31753 (setq calc-Y-help-msgs
31754       (cons (format "%s + Inc-prec, Dec-prec" inc-prec-base-key)
31755             calc-Y-help-msgs))
31757 (defmath increase-precision (delta)
31758   "Increase precision by DELTA."
31759   (interactive "p")
31760   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31762 (defmath decrease-precision (delta)
31763   "Decrease precision by DELTA."
31764   (interactive "p")
31765   (setq calc-internal-prec (- calc-internal-prec delta)))
31767 ))  ; end of calc-define property
31769 (run-hooks 'calc-check-defines)
31770 @end smallexample
31772 @node Defining Stack Commands, Argument Qualifiers, Defining Simple Commands, Lisp Definitions
31773 @subsection Defining New Stack-Based Commands
31775 @noindent
31776 To define a new computational command which takes and/or leaves arguments
31777 on the stack, a special form of @code{interactive} clause is used.
31779 @example
31780 (interactive @var{num} @var{tag})
31781 @end example
31783 @noindent
31784 where @var{num} is an integer, and @var{tag} is a string.  The effect is
31785 to pop @var{num} values off the stack, resimplify them by calling
31786 @code{calc-normalize}, and hand them to your function according to the
31787 function's argument list.  Your function may include @code{&optional} and
31788 @code{&rest} parameters, so long as calling the function with @var{num}
31789 parameters is legal.
31791 Your function must return either a number or a formula in a form
31792 acceptable to Calc, or a list of such numbers or formulas.  These value(s)
31793 are pushed onto the stack when the function completes.  They are also
31794 recorded in the Calc Trail buffer on a line beginning with @var{tag},
31795 a string of (normally) four characters or less.  If you omit @var{tag}
31796 or use @code{nil} as a tag, the result is not recorded in the trail.
31798 As an example, the definition
31800 @smallexample
31801 (defmath myfact (n)
31802   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31803   (interactive 1 "fact")
31804   (if (> n 0)
31805       (* n (myfact (1- n)))
31806     (and (= n 0) 1)))
31807 @end smallexample
31809 @noindent
31810 is a version of the factorial function shown previously which can be used
31811 as a command as well as an algebraic function.  It expands to
31813 @smallexample
31814 (defun calc-myfact ()
31815   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31816   (interactive)
31817   (calc-slow-wrapper
31818    (calc-enter-result 1 "fact"
31819      (cons 'calcFunc-myfact (calc-top-list-n 1)))))
31821 (defun calcFunc-myfact (n)
31822   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31823   (if (math-posp n)
31824       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31825     (and (math-zerop n) 1)))
31826 @end smallexample
31828 @findex calc-slow-wrapper
31829 The @code{calc-slow-wrapper} function is a version of @code{calc-wrapper}
31830 that automatically puts up a @samp{Working...} message before the
31831 computation begins.  (This message can be turned off by the user
31832 with an @kbd{m w} (@code{calc-working}) command.)
31834 @findex calc-top-list-n
31835 The @code{calc-top-list-n} function returns a list of the specified number
31836 of values from the top of the stack.  It resimplifies each value by
31837 calling @code{calc-normalize}.  If its argument is zero it returns an
31838 empty list.  It does not actually remove these values from the stack.
31840 @findex calc-enter-result
31841 The @code{calc-enter-result} function takes an integer @var{num} and string
31842 @var{tag} as described above, plus a third argument which is either a
31843 Calculator data object or a list of such objects.  These objects are
31844 resimplified and pushed onto the stack after popping the specified number
31845 of values from the stack.  If @var{tag} is non-@code{nil}, the values
31846 being pushed are also recorded in the trail.
31848 Note that if @code{calcFunc-myfact} returns @code{nil} this represents
31849 ``leave the function in symbolic form.''  To return an actual empty list,
31850 in the sense that @code{calc-enter-result} will push zero elements back
31851 onto the stack, you should return the special value @samp{'(nil)}, a list
31852 containing the single symbol @code{nil}.
31854 The @code{interactive} declaration can actually contain a limited
31855 Emacs-style code string as well which comes just before @var{num} and
31856 @var{tag}.  Currently the only Emacs code supported is @samp{"p"}, as in
31858 @example
31859 (defmath foo (a b &optional c)
31860   (interactive "p" 2 "foo")
31861   @var{body})
31862 @end example
31864 In this example, the command @code{calc-foo} will evaluate the expression
31865 @samp{foo(a,b)} if executed with no argument, or @samp{foo(a,b,n)} if
31866 executed with a numeric prefix argument of @expr{n}.
31868 The other code string allowed is @samp{"m"} (unrelated to the usual @samp{"m"}
31869 code as used with @code{defun}).  It uses the numeric prefix argument as the
31870 number of objects to remove from the stack and pass to the function.
31871 In this case, the integer @var{num} serves as a default number of
31872 arguments to be used when no prefix is supplied.
31874 @node Argument Qualifiers, Example Definitions, Defining Stack Commands, Lisp Definitions
31875 @subsection Argument Qualifiers
31877 @noindent
31878 Anywhere a parameter name can appear in the parameter list you can also use
31879 an @dfn{argument qualifier}.  Thus the general form of a definition is:
31881 @example
31882 (defmath @var{name} (@var{param} @var{param...}
31883                &optional @var{param} @var{param...}
31884                &rest @var{param})
31885   @var{body})
31886 @end example
31888 @noindent
31889 where each @var{param} is either a symbol or a list of the form
31891 @example
31892 (@var{qual} @var{param})
31893 @end example
31895 The following qualifiers are recognized:
31897 @table @samp
31898 @item complete
31899 @findex complete
31900 The argument must not be an incomplete vector, interval, or complex number.
31901 (This is rarely needed since the Calculator itself will never call your
31902 function with an incomplete argument.  But there is nothing stopping your
31903 own Lisp code from calling your function with an incomplete argument.)
31905 @item integer
31906 @findex integer
31907 The argument must be an integer.  If it is an integer-valued float
31908 it will be accepted but converted to integer form.  Non-integers and
31909 formulas are rejected.
31911 @item natnum
31912 @findex natnum
31913 Like @samp{integer}, but the argument must be non-negative.
31915 @item fixnum
31916 @findex fixnum
31917 Like @samp{integer}, but the argument must fit into a native Lisp integer,
31918 which on most systems means less than 2^23 in absolute value.  The
31919 argument is converted into Lisp-integer form if necessary.
31921 @item float
31922 @findex float
31923 The argument is converted to floating-point format if it is a number or
31924 vector.  If it is a formula it is left alone.  (The argument is never
31925 actually rejected by this qualifier.)
31927 @item @var{pred}
31928 The argument must satisfy predicate @var{pred}, which is one of the
31929 standard Calculator predicates.  @xref{Predicates}.
31931 @item not-@var{pred}
31932 The argument must @emph{not} satisfy predicate @var{pred}.
31933 @end table
31935 For example,
31937 @example
31938 (defmath foo (a (constp (not-matrixp b)) &optional (float c)
31939               &rest (integer d))
31940   @var{body})
31941 @end example
31943 @noindent
31944 expands to
31946 @example
31947 (defun calcFunc-foo (a b &optional c &rest d)
31948   (and (math-matrixp b)
31949        (math-reject-arg b 'not-matrixp))
31950   (or (math-constp b)
31951       (math-reject-arg b 'constp))
31952   (and c (setq c (math-check-float c)))
31953   (setq d (mapcar 'math-check-integer d))
31954   @var{body})
31955 @end example
31957 @noindent
31958 which performs the necessary checks and conversions before executing the
31959 body of the function.
31961 @node Example Definitions, Calling Calc from Your Programs, Argument Qualifiers, Lisp Definitions
31962 @subsection Example Definitions
31964 @noindent
31965 This section includes some Lisp programming examples on a larger scale.
31966 These programs make use of some of the Calculator's internal functions;
31967 @pxref{Internals}.
31969 @menu
31970 * Bit Counting Example::
31971 * Sine Example::
31972 @end menu
31974 @node Bit Counting Example, Sine Example, Example Definitions, Example Definitions
31975 @subsubsection Bit-Counting
31977 @noindent
31978 @ignore
31979 @starindex
31980 @end ignore
31981 @tindex bcount
31982 Calc does not include a built-in function for counting the number of
31983 ``one'' bits in a binary integer.  It's easy to invent one using @kbd{b u}
31984 to convert the integer to a set, and @kbd{V #} to count the elements of
31985 that set; let's write a function that counts the bits without having to
31986 create an intermediate set.
31988 @smallexample
31989 (defmath bcount ((natnum n))
31990   (interactive 1 "bcnt")
31991   (let ((count 0))
31992     (while (> n 0)
31993       (if (oddp n)
31994           (setq count (1+ count)))
31995       (setq n (lsh n -1)))
31996     count))
31997 @end smallexample
31999 @noindent
32000 When this is expanded by @code{defmath}, it will become the following
32001 Emacs Lisp function:
32003 @smallexample
32004 (defun calcFunc-bcount (n)
32005   (setq n (math-check-natnum n))
32006   (let ((count 0))
32007     (while (math-posp n)
32008       (if (math-oddp n)
32009           (setq count (math-add count 1)))
32010       (setq n (calcFunc-lsh n -1)))
32011     count))
32012 @end smallexample
32014 If the input numbers are large, this function involves a fair amount
32015 of arithmetic.  A binary right shift is essentially a division by two;
32016 recall that Calc stores integers in decimal form so bit shifts must
32017 involve actual division.
32019 To gain a bit more efficiency, we could divide the integer into
32020 @var{n}-bit chunks, each of which can be handled quickly because
32021 they fit into Lisp integers.  It turns out that Calc's arithmetic
32022 routines are especially fast when dividing by an integer less than
32023 1000, so we can set @var{n = 9} bits and use repeated division by 512:
32025 @smallexample
32026 (defmath bcount ((natnum n))
32027   (interactive 1 "bcnt")
32028   (let ((count 0))
32029     (while (not (fixnump n))
32030       (let ((qr (idivmod n 512)))
32031         (setq count (+ count (bcount-fixnum (cdr qr)))
32032               n (car qr))))
32033     (+ count (bcount-fixnum n))))
32035 (defun bcount-fixnum (n)
32036   (let ((count 0))
32037     (while (> n 0)
32038       (setq count (+ count (logand n 1))
32039             n (lsh n -1)))
32040     count))
32041 @end smallexample
32043 @noindent
32044 Note that the second function uses @code{defun}, not @code{defmath}.
32045 Because this function deals only with native Lisp integers (``fixnums''),
32046 it can use the actual Emacs @code{+} and related functions rather
32047 than the slower but more general Calc equivalents which @code{defmath}
32048 uses.
32050 The @code{idivmod} function does an integer division, returning both
32051 the quotient and the remainder at once.  Again, note that while it
32052 might seem that @samp{(logand n 511)} and @samp{(lsh n -9)} are
32053 more efficient ways to split off the bottom nine bits of @code{n},
32054 actually they are less efficient because each operation is really
32055 a division by 512 in disguise; @code{idivmod} allows us to do the
32056 same thing with a single division by 512.
32058 @node Sine Example, , Bit Counting Example, Example Definitions
32059 @subsubsection The Sine Function
32061 @noindent
32062 @ignore
32063 @starindex
32064 @end ignore
32065 @tindex mysin
32066 A somewhat limited sine function could be defined as follows, using the
32067 well-known Taylor series expansion for 
32068 @texline @math{\sin x}:
32069 @infoline @samp{sin(x)}:
32071 @smallexample
32072 (defmath mysin ((float (anglep x)))
32073   (interactive 1 "mysn")
32074   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32075   (let ((sum x)              ; Initial term of Taylor expansion of sin.
32076         newsum
32077         (nfact 1)            ; "nfact" equals "n" factorial at all times.
32078         (xnegsqr :"-(x^2)")) ; "xnegsqr" equals -x^2.
32079     (for ((n 3 100 2))       ; Upper limit of 100 is a good precaution.
32080       (working "mysin" sum)  ; Display "Working" message, if enabled.
32081       (setq nfact (* nfact (1- n) n)
32082             x (* x xnegsqr)
32083             newsum (+ sum (/ x nfact)))
32084       (if (~= newsum sum)    ; If newsum is "nearly equal to" sum,
32085           (break))           ;  then we are done.
32086       (setq sum newsum))
32087     sum))
32088 @end smallexample
32090 The actual @code{sin} function in Calc works by first reducing the problem
32091 to a sine or cosine of a nonnegative number less than @cpiover{4}.  This
32092 ensures that the Taylor series will converge quickly.  Also, the calculation
32093 is carried out with two extra digits of precision to guard against cumulative
32094 round-off in @samp{sum}.  Finally, complex arguments are allowed and handled
32095 by a separate algorithm.
32097 @smallexample
32098 (defmath mysin ((float (scalarp x)))
32099   (interactive 1 "mysn")
32100   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32101   (with-extra-prec 2         ; Evaluate with extra precision.
32102     (cond ((complexp x)
32103            (mysin-complex x))
32104           ((< x 0)
32105            (- (mysin-raw (- x)))    ; Always call mysin-raw with x >= 0.
32106           (t (mysin-raw x))))))
32108 (defmath mysin-raw (x)
32109   (cond ((>= x 7)
32110          (mysin-raw (% x (two-pi))))     ; Now x < 7.
32111         ((> x (pi-over-2))
32112          (- (mysin-raw (- x (pi)))))     ; Now -pi/2 <= x <= pi/2.
32113         ((> x (pi-over-4))
32114          (mycos-raw (- x (pi-over-2))))  ; Now -pi/2 <= x <= pi/4.
32115         ((< x (- (pi-over-4)))
32116          (- (mycos-raw (+ x (pi-over-2)))))  ; Now -pi/4 <= x <= pi/4,
32117         (t (mysin-series x))))           ; so the series will be efficient.
32118 @end smallexample
32120 @noindent
32121 where @code{mysin-complex} is an appropriate function to handle complex
32122 numbers, @code{mysin-series} is the routine to compute the sine Taylor
32123 series as before, and @code{mycos-raw} is a function analogous to
32124 @code{mysin-raw} for cosines.
32126 The strategy is to ensure that @expr{x} is nonnegative before calling
32127 @code{mysin-raw}.  This function then recursively reduces its argument
32128 to a suitable range, namely, plus-or-minus @cpiover{4}.  Note that each
32129 test, and particularly the first comparison against 7, is designed so
32130 that small roundoff errors cannot produce an infinite loop.  (Suppose
32131 we compared with @samp{(two-pi)} instead; if due to roundoff problems
32132 the modulo operator ever returned @samp{(two-pi)} exactly, an infinite
32133 recursion could result!)  We use modulo only for arguments that will
32134 clearly get reduced, knowing that the next rule will catch any reductions
32135 that this rule misses.
32137 If a program is being written for general use, it is important to code
32138 it carefully as shown in this second example.  For quick-and-dirty programs,
32139 when you know that your own use of the sine function will never encounter
32140 a large argument, a simpler program like the first one shown is fine.
32142 @node Calling Calc from Your Programs, Internals, Example Definitions, Lisp Definitions
32143 @subsection Calling Calc from Your Lisp Programs
32145 @noindent
32146 A later section (@pxref{Internals}) gives a full description of
32147 Calc's internal Lisp functions.  It's not hard to call Calc from
32148 inside your programs, but the number of these functions can be daunting.
32149 So Calc provides one special ``programmer-friendly'' function called
32150 @code{calc-eval} that can be made to do just about everything you
32151 need.  It's not as fast as the low-level Calc functions, but it's
32152 much simpler to use!
32154 It may seem that @code{calc-eval} itself has a daunting number of
32155 options, but they all stem from one simple operation.
32157 In its simplest manifestation, @samp{(calc-eval "1+2")} parses the
32158 string @code{"1+2"} as if it were a Calc algebraic entry and returns
32159 the result formatted as a string: @code{"3"}.
32161 Since @code{calc-eval} is on the list of recommended @code{autoload}
32162 functions, you don't need to make any special preparations to load
32163 Calc before calling @code{calc-eval} the first time.  Calc will be
32164 loaded and initialized for you.
32166 All the Calc modes that are currently in effect will be used when
32167 evaluating the expression and formatting the result.
32169 @ifinfo
32170 @example
32172 @end example
32173 @end ifinfo
32174 @subsubsection Additional Arguments to @code{calc-eval}
32176 @noindent
32177 If the input string parses to a list of expressions, Calc returns
32178 the results separated by @code{", "}.  You can specify a different
32179 separator by giving a second string argument to @code{calc-eval}:
32180 @samp{(calc-eval "1+2,3+4" ";")} returns @code{"3;7"}.
32182 The ``separator'' can also be any of several Lisp symbols which
32183 request other behaviors from @code{calc-eval}.  These are discussed
32184 one by one below.
32186 You can give additional arguments to be substituted for
32187 @samp{$}, @samp{$$}, and so on in the main expression.  For
32188 example, @samp{(calc-eval "$/$$" nil "7" "1+1")} evaluates the
32189 expression @code{"7/(1+1)"} to yield the result @code{"3.5"}
32190 (assuming Fraction mode is not in effect).  Note the @code{nil}
32191 used as a placeholder for the item-separator argument.
32193 @ifinfo
32194 @example
32196 @end example
32197 @end ifinfo
32198 @subsubsection Error Handling
32200 @noindent
32201 If @code{calc-eval} encounters an error, it returns a list containing
32202 the character position of the error, plus a suitable message as a
32203 string.  Note that @samp{1 / 0} is @emph{not} an error by Calc's
32204 standards; it simply returns the string @code{"1 / 0"} which is the
32205 division left in symbolic form.  But @samp{(calc-eval "1/")} will
32206 return the list @samp{(2 "Expected a number")}.
32208 If you bind the variable @code{calc-eval-error} to @code{t}
32209 using a @code{let} form surrounding the call to @code{calc-eval},
32210 errors instead call the Emacs @code{error} function which aborts
32211 to the Emacs command loop with a beep and an error message.
32213 If you bind this variable to the symbol @code{string}, error messages
32214 are returned as strings instead of lists.  The character position is
32215 ignored.
32217 As a courtesy to other Lisp code which may be using Calc, be sure
32218 to bind @code{calc-eval-error} using @code{let} rather than changing
32219 it permanently with @code{setq}.
32221 @ifinfo
32222 @example
32224 @end example
32225 @end ifinfo
32226 @subsubsection Numbers Only
32228 @noindent
32229 Sometimes it is preferable to treat @samp{1 / 0} as an error
32230 rather than returning a symbolic result.  If you pass the symbol
32231 @code{num} as the second argument to @code{calc-eval}, results
32232 that are not constants are treated as errors.  The error message
32233 reported is the first @code{calc-why} message if there is one,
32234 or otherwise ``Number expected.''
32236 A result is ``constant'' if it is a number, vector, or other
32237 object that does not include variables or function calls.  If it
32238 is a vector, the components must themselves be constants.
32240 @ifinfo
32241 @example
32243 @end example
32244 @end ifinfo
32245 @subsubsection Default Modes
32247 @noindent
32248 If the first argument to @code{calc-eval} is a list whose first
32249 element is a formula string, then @code{calc-eval} sets all the
32250 various Calc modes to their default values while the formula is
32251 evaluated and formatted.  For example, the precision is set to 12
32252 digits, digit grouping is turned off, and the Normal language
32253 mode is used.
32255 This same principle applies to the other options discussed below.
32256 If the first argument would normally be @var{x}, then it can also
32257 be the list @samp{(@var{x})} to use the default mode settings.
32259 If there are other elements in the list, they are taken as
32260 variable-name/value pairs which override the default mode
32261 settings.  Look at the documentation at the front of the
32262 @file{calc.el} file to find the names of the Lisp variables for
32263 the various modes.  The mode settings are restored to their
32264 original values when @code{calc-eval} is done.
32266 For example, @samp{(calc-eval '("$+$$" calc-internal-prec 8) 'num a b)}
32267 computes the sum of two numbers, requiring a numeric result, and
32268 using default mode settings except that the precision is 8 instead
32269 of the default of 12.
32271 It's usually best to use this form of @code{calc-eval} unless your
32272 program actually considers the interaction with Calc's mode settings
32273 to be a feature.  This will avoid all sorts of potential ``gotchas'';
32274 consider what happens with @samp{(calc-eval "sqrt(2)" 'num)}
32275 when the user has left Calc in Symbolic mode or No-Simplify mode.
32277 As another example, @samp{(equal (calc-eval '("$<$$") nil a b) "1")}
32278 checks if the number in string @expr{a} is less than the one in
32279 string @expr{b}.  Without using a list, the integer 1 might
32280 come out in a variety of formats which would be hard to test for
32281 conveniently: @code{"1"}, @code{"8#1"}, @code{"00001"}.  (But
32282 see ``Predicates'' mode, below.)
32284 @ifinfo
32285 @example
32287 @end example
32288 @end ifinfo
32289 @subsubsection Raw Numbers
32291 @noindent
32292 Normally all input and output for @code{calc-eval} is done with strings.
32293 You can do arithmetic with, say, @samp{(calc-eval "$+$$" nil a b)}
32294 in place of @samp{(+ a b)}, but this is very inefficient since the
32295 numbers must be converted to and from string format as they are passed
32296 from one @code{calc-eval} to the next.
32298 If the separator is the symbol @code{raw}, the result will be returned
32299 as a raw Calc data structure rather than a string.  You can read about
32300 how these objects look in the following sections, but usually you can
32301 treat them as ``black box'' objects with no important internal
32302 structure.
32304 There is also a @code{rawnum} symbol, which is a combination of
32305 @code{raw} (returning a raw Calc object) and @code{num} (signaling
32306 an error if that object is not a constant).
32308 You can pass a raw Calc object to @code{calc-eval} in place of a
32309 string, either as the formula itself or as one of the @samp{$}
32310 arguments.  Thus @samp{(calc-eval "$+$$" 'raw a b)} is an
32311 addition function that operates on raw Calc objects.  Of course
32312 in this case it would be easier to call the low-level @code{math-add}
32313 function in Calc, if you can remember its name.
32315 In particular, note that a plain Lisp integer is acceptable to Calc
32316 as a raw object.  (All Lisp integers are accepted on input, but
32317 integers of more than six decimal digits are converted to ``big-integer''
32318 form for output.  @xref{Data Type Formats}.)
32320 When it comes time to display the object, just use @samp{(calc-eval a)}
32321 to format it as a string.
32323 It is an error if the input expression evaluates to a list of
32324 values.  The separator symbol @code{list} is like @code{raw}
32325 except that it returns a list of one or more raw Calc objects.
32327 Note that a Lisp string is not a valid Calc object, nor is a list
32328 containing a string.  Thus you can still safely distinguish all the
32329 various kinds of error returns discussed above.
32331 @ifinfo
32332 @example
32334 @end example
32335 @end ifinfo
32336 @subsubsection Predicates
32338 @noindent
32339 If the separator symbol is @code{pred}, the result of the formula is
32340 treated as a true/false value; @code{calc-eval} returns @code{t} or
32341 @code{nil}, respectively.  A value is considered ``true'' if it is a
32342 non-zero number, or false if it is zero or if it is not a number.
32344 For example, @samp{(calc-eval "$<$$" 'pred a b)} tests whether
32345 one value is less than another.
32347 As usual, it is also possible for @code{calc-eval} to return one of
32348 the error indicators described above.  Lisp will interpret such an
32349 indicator as ``true'' if you don't check for it explicitly.  If you
32350 wish to have an error register as ``false'', use something like
32351 @samp{(eq (calc-eval ...) t)}.
32353 @ifinfo
32354 @example
32356 @end example
32357 @end ifinfo
32358 @subsubsection Variable Values
32360 @noindent
32361 Variables in the formula passed to @code{calc-eval} are not normally
32362 replaced by their values.  If you wish this, you can use the
32363 @code{evalv} function (@pxref{Algebraic Manipulation}).  For example,
32364 if 4 is stored in Calc variable @code{a} (i.e., in Lisp variable
32365 @code{var-a}), then @samp{(calc-eval "a+pi")} will return the
32366 formula @code{"a + pi"}, but @samp{(calc-eval "evalv(a+pi)")}
32367 will return @code{"7.14159265359"}.
32369 To store in a Calc variable, just use @code{setq} to store in the
32370 corresponding Lisp variable.  (This is obtained by prepending
32371 @samp{var-} to the Calc variable name.)  Calc routines will
32372 understand either string or raw form values stored in variables,
32373 although raw data objects are much more efficient.  For example,
32374 to increment the Calc variable @code{a}:
32376 @example
32377 (setq var-a (calc-eval "evalv(a+1)" 'raw))
32378 @end example
32380 @ifinfo
32381 @example
32383 @end example
32384 @end ifinfo
32385 @subsubsection Stack Access
32387 @noindent
32388 If the separator symbol is @code{push}, the formula argument is
32389 evaluated (with possible @samp{$} expansions, as usual).  The
32390 result is pushed onto the Calc stack.  The return value is @code{nil}
32391 (unless there is an error from evaluating the formula, in which
32392 case the return value depends on @code{calc-eval-error} in the
32393 usual way).
32395 If the separator symbol is @code{pop}, the first argument to
32396 @code{calc-eval} must be an integer instead of a string.  That
32397 many values are popped from the stack and thrown away.  A negative
32398 argument deletes the entry at that stack level.  The return value
32399 is the number of elements remaining in the stack after popping;
32400 @samp{(calc-eval 0 'pop)} is a good way to measure the size of
32401 the stack.
32403 If the separator symbol is @code{top}, the first argument to
32404 @code{calc-eval} must again be an integer.  The value at that
32405 stack level is formatted as a string and returned.  Thus
32406 @samp{(calc-eval 1 'top)} returns the top-of-stack value.  If the
32407 integer is out of range, @code{nil} is returned.
32409 The separator symbol @code{rawtop} is just like @code{top} except
32410 that the stack entry is returned as a raw Calc object instead of
32411 as a string.
32413 In all of these cases the first argument can be made a list in
32414 order to force the default mode settings, as described above.
32415 Thus @samp{(calc-eval '(2 calc-number-radix 16) 'top)} returns the
32416 second-to-top stack entry, formatted as a string using the default
32417 instead of current display modes, except that the radix is
32418 hexadecimal instead of decimal.
32420 It is, of course, polite to put the Calc stack back the way you
32421 found it when you are done, unless the user of your program is
32422 actually expecting it to affect the stack.
32424 Note that you do not actually have to switch into the @samp{*Calculator*}
32425 buffer in order to use @code{calc-eval}; it temporarily switches into
32426 the stack buffer if necessary.
32428 @ifinfo
32429 @example
32431 @end example
32432 @end ifinfo
32433 @subsubsection Keyboard Macros
32435 @noindent
32436 If the separator symbol is @code{macro}, the first argument must be a
32437 string of characters which Calc can execute as a sequence of keystrokes.
32438 This switches into the Calc buffer for the duration of the macro.
32439 For example, @samp{(calc-eval "vx5\rVR+" 'macro)} pushes the
32440 vector @samp{[1,2,3,4,5]} on the stack and then replaces it
32441 with the sum of those numbers.  Note that @samp{\r} is the Lisp
32442 notation for the carriage-return, @key{RET}, character.
32444 If your keyboard macro wishes to pop the stack, @samp{\C-d} is
32445 safer than @samp{\177} (the @key{DEL} character) because some
32446 installations may have switched the meanings of @key{DEL} and
32447 @kbd{C-h}.  Calc always interprets @kbd{C-d} as a synonym for
32448 ``pop-stack'' regardless of key mapping.
32450 If you provide a third argument to @code{calc-eval}, evaluation
32451 of the keyboard macro will leave a record in the Trail using
32452 that argument as a tag string.  Normally the Trail is unaffected.
32454 The return value in this case is always @code{nil}.
32456 @ifinfo
32457 @example
32459 @end example
32460 @end ifinfo
32461 @subsubsection Lisp Evaluation
32463 @noindent
32464 Finally, if the separator symbol is @code{eval}, then the Lisp
32465 @code{eval} function is called on the first argument, which must
32466 be a Lisp expression rather than a Calc formula.  Remember to
32467 quote the expression so that it is not evaluated until inside
32468 @code{calc-eval}.
32470 The difference from plain @code{eval} is that @code{calc-eval}
32471 switches to the Calc buffer before evaluating the expression.
32472 For example, @samp{(calc-eval '(setq calc-internal-prec 17) 'eval)}
32473 will correctly affect the buffer-local Calc precision variable.
32475 An alternative would be @samp{(calc-eval '(calc-precision 17) 'eval)}.
32476 This is evaluating a call to the function that is normally invoked
32477 by the @kbd{p} key, giving it 17 as its ``numeric prefix argument.''
32478 Note that this function will leave a message in the echo area as
32479 a side effect.  Also, all Calc functions switch to the Calc buffer
32480 automatically if not invoked from there, so the above call is
32481 also equivalent to @samp{(calc-precision 17)} by itself.
32482 In all cases, Calc uses @code{save-excursion} to switch back to
32483 your original buffer when it is done.
32485 As usual the first argument can be a list that begins with a Lisp
32486 expression to use default instead of current mode settings.
32488 The result of @code{calc-eval} in this usage is just the result
32489 returned by the evaluated Lisp expression.
32491 @ifinfo
32492 @example
32494 @end example
32495 @end ifinfo
32496 @subsubsection Example
32498 @noindent
32499 @findex convert-temp
32500 Here is a sample Emacs command that uses @code{calc-eval}.  Suppose
32501 you have a document with lots of references to temperatures on the
32502 Fahrenheit scale, say ``98.6 F'', and you wish to convert these
32503 references to Centigrade.  The following command does this conversion.
32504 Place the Emacs cursor right after the letter ``F'' and invoke the
32505 command to change ``98.6 F'' to ``37 C''.  Or, if the temperature is
32506 already in Centigrade form, the command changes it back to Fahrenheit.
32508 @example
32509 (defun convert-temp ()
32510   (interactive)
32511   (save-excursion
32512     (re-search-backward "[^-.0-9]\\([-.0-9]+\\) *\\([FC]\\)")
32513     (let* ((top1 (match-beginning 1))
32514            (bot1 (match-end 1))
32515            (number (buffer-substring top1 bot1))
32516            (top2 (match-beginning 2))
32517            (bot2 (match-end 2))
32518            (type (buffer-substring top2 bot2)))
32519       (if (equal type "F")
32520           (setq type "C"
32521                 number (calc-eval "($ - 32)*5/9" nil number))
32522         (setq type "F"
32523               number (calc-eval "$*9/5 + 32" nil number)))
32524       (goto-char top2)
32525       (delete-region top2 bot2)
32526       (insert-before-markers type)
32527       (goto-char top1)
32528       (delete-region top1 bot1)
32529       (if (string-match "\\.$" number)   ; change "37." to "37"
32530           (setq number (substring number 0 -1)))
32531       (insert number))))
32532 @end example
32534 Note the use of @code{insert-before-markers} when changing between
32535 ``F'' and ``C'', so that the character winds up before the cursor
32536 instead of after it.
32538 @node Internals, , Calling Calc from Your Programs, Lisp Definitions
32539 @subsection Calculator Internals
32541 @noindent
32542 This section describes the Lisp functions defined by the Calculator that
32543 may be of use to user-written Calculator programs (as described in the
32544 rest of this chapter).  These functions are shown by their names as they
32545 conventionally appear in @code{defmath}.  Their full Lisp names are
32546 generally gotten by prepending @samp{calcFunc-} or @samp{math-} to their
32547 apparent names.  (Names that begin with @samp{calc-} are already in
32548 their full Lisp form.)  You can use the actual full names instead if you
32549 prefer them, or if you are calling these functions from regular Lisp.
32551 The functions described here are scattered throughout the various
32552 Calc component files.  Note that @file{calc.el} includes @code{autoload}s
32553 for only a few component files; when Calc wants to call an advanced
32554 function it calls @samp{(calc-extensions)} first; this function
32555 autoloads @file{calc-ext.el}, which in turn autoloads all the functions
32556 in the remaining component files.
32558 Because @code{defmath} itself uses the extensions, user-written code
32559 generally always executes with the extensions already loaded, so
32560 normally you can use any Calc function and be confident that it will
32561 be autoloaded for you when necessary.  If you are doing something
32562 special, check carefully to make sure each function you are using is
32563 from @file{calc.el} or its components, and call @samp{(calc-extensions)}
32564 before using any function based in @file{calc-ext.el} if you can't
32565 prove this file will already be loaded.
32567 @menu
32568 * Data Type Formats::
32569 * Interactive Lisp Functions::
32570 * Stack Lisp Functions::
32571 * Predicates::
32572 * Computational Lisp Functions::
32573 * Vector Lisp Functions::
32574 * Symbolic Lisp Functions::
32575 * Formatting Lisp Functions::
32576 * Hooks::
32577 @end menu
32579 @node Data Type Formats, Interactive Lisp Functions, Internals, Internals
32580 @subsubsection Data Type Formats
32582 @noindent
32583 Integers are stored in either of two ways, depending on their magnitude.
32584 Integers less than one million in absolute value are stored as standard
32585 Lisp integers.  This is the only storage format for Calc data objects
32586 which is not a Lisp list.
32588 Large integers are stored as lists of the form @samp{(bigpos @var{d0}
32589 @var{d1} @var{d2} @dots{})} for positive integers 1000000 or more, or
32590 @samp{(bigneg @var{d0} @var{d1} @var{d2} @dots{})} for negative integers
32591 @mathit{-1000000} or less.  Each @var{d} is a base-1000 ``digit,'' a Lisp integer
32592 from 0 to 999.  The least significant digit is @var{d0}; the last digit,
32593 @var{dn}, which is always nonzero, is the most significant digit.  For
32594 example, the integer @mathit{-12345678} is stored as @samp{(bigneg 678 345 12)}.
32596 The distinction between small and large integers is entirely hidden from
32597 the user.  In @code{defmath} definitions, the Lisp predicate @code{integerp}
32598 returns true for either kind of integer, and in general both big and small
32599 integers are accepted anywhere the word ``integer'' is used in this manual.
32600 If the distinction must be made, native Lisp integers are called @dfn{fixnums}
32601 and large integers are called @dfn{bignums}.
32603 Fractions are stored as a list of the form, @samp{(frac @var{n} @var{d})}
32604 where @var{n} is an integer (big or small) numerator, @var{d} is an
32605 integer denominator greater than one, and @var{n} and @var{d} are relatively
32606 prime.  Note that fractions where @var{d} is one are automatically converted
32607 to plain integers by all math routines; fractions where @var{d} is negative
32608 are normalized by negating the numerator and denominator.
32610 Floating-point numbers are stored in the form, @samp{(float @var{mant}
32611 @var{exp})}, where @var{mant} (the ``mantissa'') is an integer less than
32612 @samp{10^@var{p}} in absolute value (@var{p} represents the current
32613 precision), and @var{exp} (the ``exponent'') is a fixnum.  The value of
32614 the float is @samp{@var{mant} * 10^@var{exp}}.  For example, the number
32615 @mathit{-3.14} is stored as @samp{(float -314 -2) = -314*10^-2}.  Other constraints
32616 are that the number 0.0 is always stored as @samp{(float 0 0)}, and,
32617 except for the 0.0 case, the rightmost base-10 digit of @var{mant} is
32618 always nonzero.  (If the rightmost digit is zero, the number is
32619 rearranged by dividing @var{mant} by ten and incrementing @var{exp}.)
32621 Rectangular complex numbers are stored in the form @samp{(cplx @var{re}
32622 @var{im})}, where @var{re} and @var{im} are each real numbers, either
32623 integers, fractions, or floats.  The value is @samp{@var{re} + @var{im}i}.
32624 The @var{im} part is nonzero; complex numbers with zero imaginary
32625 components are converted to real numbers automatically.
32627 Polar complex numbers are stored in the form @samp{(polar @var{r}
32628 @var{theta})}, where @var{r} is a positive real value and @var{theta}
32629 is a real value or HMS form representing an angle.  This angle is
32630 usually normalized to lie in the interval @samp{(-180 ..@: 180)} degrees,
32631 or @samp{(-pi ..@: pi)} radians, according to the current angular mode.
32632 If the angle is 0 the value is converted to a real number automatically.
32633 (If the angle is 180 degrees, the value is usually also converted to a
32634 negative real number.)
32636 Hours-minutes-seconds forms are stored as @samp{(hms @var{h} @var{m}
32637 @var{s})}, where @var{h} is an integer or an integer-valued float (i.e.,
32638 a float with @samp{@var{exp} >= 0}), @var{m} is an integer or integer-valued
32639 float in the range @w{@samp{[0 ..@: 60)}}, and @var{s} is any real number
32640 in the range @samp{[0 ..@: 60)}.
32642 Date forms are stored as @samp{(date @var{n})}, where @var{n} is
32643 a real number that counts days since midnight on the morning of
32644 January 1, 1 AD.  If @var{n} is an integer, this is a pure date
32645 form.  If @var{n} is a fraction or float, this is a date/time form.
32647 Modulo forms are stored as @samp{(mod @var{n} @var{m})}, where @var{m} is a
32648 positive real number or HMS form, and @var{n} is a real number or HMS
32649 form in the range @samp{[0 ..@: @var{m})}.
32651 Error forms are stored as @samp{(sdev @var{x} @var{sigma})}, where @var{x}
32652 is the mean value and @var{sigma} is the standard deviation.  Each
32653 component is either a number, an HMS form, or a symbolic object
32654 (a variable or function call).  If @var{sigma} is zero, the value is
32655 converted to a plain real number.  If @var{sigma} is negative or
32656 complex, it is automatically normalized to be a positive real.
32658 Interval forms are stored as @samp{(intv @var{mask} @var{lo} @var{hi})},
32659 where @var{mask} is one of the integers 0, 1, 2, or 3, and @var{lo} and
32660 @var{hi} are real numbers, HMS forms, or symbolic objects.  The @var{mask}
32661 is a binary integer where 1 represents the fact that the interval is
32662 closed on the high end, and 2 represents the fact that it is closed on
32663 the low end.  (Thus 3 represents a fully closed interval.)  The interval
32664 @w{@samp{(intv 3 @var{x} @var{x})}} is converted to the plain number @var{x};
32665 intervals @samp{(intv @var{mask} @var{x} @var{x})} for any other @var{mask}
32666 represent empty intervals.  If @var{hi} is less than @var{lo}, the interval
32667 is converted to a standard empty interval by replacing @var{hi} with @var{lo}.
32669 Vectors are stored as @samp{(vec @var{v1} @var{v2} @dots{})}, where @var{v1}
32670 is the first element of the vector, @var{v2} is the second, and so on.
32671 An empty vector is stored as @samp{(vec)}.  A matrix is simply a vector
32672 where all @var{v}'s are themselves vectors of equal lengths.  Note that
32673 Calc vectors are unrelated to the Emacs Lisp ``vector'' type, which is
32674 generally unused by Calc data structures.
32676 Variables are stored as @samp{(var @var{name} @var{sym})}, where
32677 @var{name} is a Lisp symbol whose print name is used as the visible name
32678 of the variable, and @var{sym} is a Lisp symbol in which the variable's
32679 value is actually stored.  Thus, @samp{(var pi var-pi)} represents the
32680 special constant @samp{pi}.  Almost always, the form is @samp{(var
32681 @var{v} var-@var{v})}.  If the variable name was entered with @code{#}
32682 signs (which are converted to hyphens internally), the form is
32683 @samp{(var @var{u} @var{v})}, where @var{u} is a symbol whose name
32684 contains @code{#} characters, and @var{v} is a symbol that contains
32685 @code{-} characters instead.  The value of a variable is the Calc
32686 object stored in its @var{sym} symbol's value cell.  If the symbol's
32687 value cell is void or if it contains @code{nil}, the variable has no
32688 value.  Special constants have the form @samp{(special-const
32689 @var{value})} stored in their value cell, where @var{value} is a formula
32690 which is evaluated when the constant's value is requested.  Variables
32691 which represent units are not stored in any special way; they are units
32692 only because their names appear in the units table.  If the value
32693 cell contains a string, it is parsed to get the variable's value when
32694 the variable is used.
32696 A Lisp list with any other symbol as the first element is a function call.
32697 The symbols @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^},
32698 and @code{|} represent special binary operators; these lists are always
32699 of the form @samp{(@var{op} @var{lhs} @var{rhs})} where @var{lhs} is the
32700 sub-formula on the lefthand side and @var{rhs} is the sub-formula on the
32701 right.  The symbol @code{neg} represents unary negation; this list is always
32702 of the form @samp{(neg @var{arg})}.  Any other symbol @var{func} represents a
32703 function that would be displayed in function-call notation; the symbol
32704 @var{func} is in general always of the form @samp{calcFunc-@var{name}}.
32705 The function cell of the symbol @var{func} should contain a Lisp function
32706 for evaluating a call to @var{func}.  This function is passed the remaining
32707 elements of the list (themselves already evaluated) as arguments; such
32708 functions should return @code{nil} or call @code{reject-arg} to signify
32709 that they should be left in symbolic form, or they should return a Calc
32710 object which represents their value, or a list of such objects if they
32711 wish to return multiple values.  (The latter case is allowed only for
32712 functions which are the outer-level call in an expression whose value is
32713 about to be pushed on the stack; this feature is considered obsolete
32714 and is not used by any built-in Calc functions.)
32716 @node Interactive Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Data Type Formats, Internals
32717 @subsubsection Interactive Functions
32719 @noindent
32720 The functions described here are used in implementing interactive Calc
32721 commands.  Note that this list is not exhaustive!  If there is an
32722 existing command that behaves similarly to the one you want to define,
32723 you may find helpful tricks by checking the source code for that command.
32725 @defun calc-set-command-flag flag
32726 Set the command flag @var{flag}.  This is generally a Lisp symbol, but
32727 may in fact be anything.  The effect is to add @var{flag} to the list
32728 stored in the variable @code{calc-command-flags}, unless it is already
32729 there.  @xref{Defining Simple Commands}.
32730 @end defun
32732 @defun calc-clear-command-flag flag
32733 If @var{flag} appears among the list of currently-set command flags,
32734 remove it from that list.
32735 @end defun
32737 @defun calc-record-undo rec
32738 Add the ``undo record'' @var{rec} to the list of steps to take if the
32739 current operation should need to be undone.  Stack push and pop functions
32740 automatically call @code{calc-record-undo}, so the kinds of undo records
32741 you might need to create take the form @samp{(set @var{sym} @var{value})},
32742 which says that the Lisp variable @var{sym} was changed and had previously
32743 contained @var{value}; @samp{(store @var{var} @var{value})} which says that
32744 the Calc variable @var{var} (a string which is the name of the symbol that
32745 contains the variable's value) was stored and its previous value was
32746 @var{value} (either a Calc data object, or @code{nil} if the variable was
32747 previously void); or @samp{(eval @var{undo} @var{redo} @var{args} @dots{})},
32748 which means that to undo requires calling the function @samp{(@var{undo}
32749 @var{args} @dots{})} and, if the undo is later redone, calling
32750 @samp{(@var{redo} @var{args} @dots{})}.
32751 @end defun
32753 @defun calc-record-why msg args
32754 Record the error or warning message @var{msg}, which is normally a string.
32755 This message will be replayed if the user types @kbd{w} (@code{calc-why});
32756 if the message string begins with a @samp{*}, it is considered important
32757 enough to display even if the user doesn't type @kbd{w}.  If one or more
32758 @var{args} are present, the displayed message will be of the form,
32759 @samp{@var{msg}: @var{arg1}, @var{arg2}, @dots{}}, where the arguments are
32760 formatted on the assumption that they are either strings or Calc objects of
32761 some sort.  If @var{msg} is a symbol, it is the name of a Calc predicate
32762 (such as @code{integerp} or @code{numvecp}) which the arguments did not
32763 satisfy; it is expanded to a suitable string such as ``Expected an
32764 integer.''  The @code{reject-arg} function calls @code{calc-record-why}
32765 automatically; @pxref{Predicates}.
32766 @end defun
32768 @defun calc-is-inverse
32769 This predicate returns true if the current command is inverse,
32770 i.e., if the Inverse (@kbd{I} key) flag was set.
32771 @end defun
32773 @defun calc-is-hyperbolic
32774 This predicate is the analogous function for the @kbd{H} key.
32775 @end defun
32777 @node Stack Lisp Functions, Predicates, Interactive Lisp Functions, Internals
32778 @subsubsection Stack-Oriented Functions
32780 @noindent
32781 The functions described here perform various operations on the Calc
32782 stack and trail.  They are to be used in interactive Calc commands.
32784 @defun calc-push-list vals n
32785 Push the Calc objects in list @var{vals} onto the stack at stack level
32786 @var{n}.  If @var{n} is omitted it defaults to 1, so that the elements
32787 are pushed at the top of the stack.  If @var{n} is greater than 1, the
32788 elements will be inserted into the stack so that the last element will
32789 end up at level @var{n}, the next-to-last at level @var{n}+1, etc.
32790 The elements of @var{vals} are assumed to be valid Calc objects, and
32791 are not evaluated, rounded, or renormalized in any way.  If @var{vals}
32792 is an empty list, nothing happens.
32794 The stack elements are pushed without any sub-formula selections.
32795 You can give an optional third argument to this function, which must
32796 be a list the same size as @var{vals} of selections.  Each selection
32797 must be @code{eq} to some sub-formula of the corresponding formula
32798 in @var{vals}, or @code{nil} if that formula should have no selection.
32799 @end defun
32801 @defun calc-top-list n m
32802 Return a list of the @var{n} objects starting at level @var{m} of the
32803 stack.  If @var{m} is omitted it defaults to 1, so that the elements are
32804 taken from the top of the stack.  If @var{n} is omitted, it also
32805 defaults to 1, so that the top stack element (in the form of a
32806 one-element list) is returned.  If @var{m} is greater than 1, the
32807 @var{m}th stack element will be at the end of the list, the @var{m}+1st
32808 element will be next-to-last, etc.  If @var{n} or @var{m} are out of
32809 range, the command is aborted with a suitable error message.  If @var{n}
32810 is zero, the function returns an empty list.  The stack elements are not
32811 evaluated, rounded, or renormalized.
32813 If any stack elements contain selections, and selections have not
32814 been disabled by the @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command,
32815 this function returns the selected portions rather than the entire
32816 stack elements.  It can be given a third ``selection-mode'' argument
32817 which selects other behaviors.  If it is the symbol @code{t}, then
32818 a selection in any of the requested stack elements produces an
32819 ``illegal operation on selections'' error.  If it is the symbol @code{full},
32820 the whole stack entry is always returned regardless of selections.
32821 If it is the symbol @code{sel}, the selected portion is always returned,
32822 or @code{nil} if there is no selection.  (This mode ignores the @kbd{j e}
32823 command.)  If the symbol is @code{entry}, the complete stack entry in
32824 list form is returned; the first element of this list will be the whole
32825 formula, and the third element will be the selection (or @code{nil}).
32826 @end defun
32828 @defun calc-pop-stack n m
32829 Remove the specified elements from the stack.  The parameters @var{n}
32830 and @var{m} are defined the same as for @code{calc-top-list}.  The return
32831 value of @code{calc-pop-stack} is uninteresting.
32833 If there are any selected sub-formulas among the popped elements, and
32834 @kbd{j e} has not been used to disable selections, this produces an
32835 error without changing the stack.  If you supply an optional third
32836 argument of @code{t}, the stack elements are popped even if they
32837 contain selections.
32838 @end defun
32840 @defun calc-record-list vals tag
32841 This function records one or more results in the trail.  The @var{vals}
32842 are a list of strings or Calc objects.  The @var{tag} is the four-character
32843 tag string to identify the values.  If @var{tag} is omitted, a blank tag
32844 will be used.
32845 @end defun
32847 @defun calc-normalize n
32848 This function takes a Calc object and ``normalizes'' it.  At the very
32849 least this involves re-rounding floating-point values according to the
32850 current precision and other similar jobs.  Also, unless the user has
32851 selected No-Simplify mode (@pxref{Simplification Modes}), this involves
32852 actually evaluating a formula object by executing the function calls
32853 it contains, and possibly also doing algebraic simplification, etc.
32854 @end defun
32856 @defun calc-top-list-n n m
32857 This function is identical to @code{calc-top-list}, except that it calls
32858 @code{calc-normalize} on the values that it takes from the stack.  They
32859 are also passed through @code{check-complete}, so that incomplete
32860 objects will be rejected with an error message.  All computational
32861 commands should use this in preference to @code{calc-top-list}; the only
32862 standard Calc commands that operate on the stack without normalizing
32863 are stack management commands like @code{calc-enter} and @code{calc-roll-up}.
32864 This function accepts the same optional selection-mode argument as
32865 @code{calc-top-list}.
32866 @end defun
32868 @defun calc-top-n m
32869 This function is a convenient form of @code{calc-top-list-n} in which only
32870 a single element of the stack is taken and returned, rather than a list
32871 of elements.  This also accepts an optional selection-mode argument.
32872 @end defun
32874 @defun calc-enter-result n tag vals
32875 This function is a convenient interface to most of the above functions.
32876 The @var{vals} argument should be either a single Calc object, or a list
32877 of Calc objects; the object or objects are normalized, and the top @var{n}
32878 stack entries are replaced by the normalized objects.  If @var{tag} is
32879 non-@code{nil}, the normalized objects are also recorded in the trail.
32880 A typical stack-based computational command would take the form,
32882 @smallexample
32883 (calc-enter-result @var{n} @var{tag} (cons 'calcFunc-@var{func}
32884                                (calc-top-list-n @var{n})))
32885 @end smallexample
32887 If any of the @var{n} stack elements replaced contain sub-formula
32888 selections, and selections have not been disabled by @kbd{j e},
32889 this function takes one of two courses of action.  If @var{n} is
32890 equal to the number of elements in @var{vals}, then each element of
32891 @var{vals} is spliced into the corresponding selection; this is what
32892 happens when you use the @key{TAB} key, or when you use a unary
32893 arithmetic operation like @code{sqrt}.  If @var{vals} has only one
32894 element but @var{n} is greater than one, there must be only one
32895 selection among the top @var{n} stack elements; the element from
32896 @var{vals} is spliced into that selection.  This is what happens when
32897 you use a binary arithmetic operation like @kbd{+}.  Any other
32898 combination of @var{n} and @var{vals} is an error when selections
32899 are present.
32900 @end defun
32902 @defun calc-unary-op tag func arg
32903 This function implements a unary operator that allows a numeric prefix
32904 argument to apply the operator over many stack entries.  If the prefix
32905 argument @var{arg} is @code{nil}, this uses @code{calc-enter-result}
32906 as outlined above.  Otherwise, it maps the function over several stack
32907 elements; @pxref{Prefix Arguments}.  For example,
32909 @smallexample
32910 (defun calc-zeta (arg)
32911   (interactive "P")
32912   (calc-unary-op "zeta" 'calcFunc-zeta arg))
32913 @end smallexample
32914 @end defun
32916 @defun calc-binary-op tag func arg ident unary
32917 This function implements a binary operator, analogously to
32918 @code{calc-unary-op}.  The optional @var{ident} and @var{unary}
32919 arguments specify the behavior when the prefix argument is zero or
32920 one, respectively.  If the prefix is zero, the value @var{ident}
32921 is pushed onto the stack, if specified, otherwise an error message
32922 is displayed.  If the prefix is one, the unary function @var{unary}
32923 is applied to the top stack element, or, if @var{unary} is not
32924 specified, nothing happens.  When the argument is two or more,
32925 the binary function @var{func} is reduced across the top @var{arg}
32926 stack elements; when the argument is negative, the function is
32927 mapped between the next-to-top @mathit{-@var{arg}} stack elements and the
32928 top element.
32929 @end defun
32931 @defun calc-stack-size
32932 Return the number of elements on the stack as an integer.  This count
32933 does not include elements that have been temporarily hidden by stack
32934 truncation; @pxref{Truncating the Stack}.
32935 @end defun
32937 @defun calc-cursor-stack-index n
32938 Move the point to the @var{n}th stack entry.  If @var{n} is zero, this
32939 will be the @samp{.} line.  If @var{n} is from 1 to the current stack size,
32940 this will be the beginning of the first line of that stack entry's display.
32941 If line numbers are enabled, this will move to the first character of the
32942 line number, not the stack entry itself.
32943 @end defun
32945 @defun calc-substack-height n
32946 Return the number of lines between the beginning of the @var{n}th stack
32947 entry and the bottom of the buffer.  If @var{n} is zero, this
32948 will be one (assuming no stack truncation).  If all stack entries are
32949 one line long (i.e., no matrices are displayed), the return value will
32950 be equal @var{n}+1 as long as @var{n} is in range.  (Note that in Big
32951 mode, the return value includes the blank lines that separate stack
32952 entries.)
32953 @end defun
32955 @defun calc-refresh
32956 Erase the @code{*Calculator*} buffer and reformat its contents from memory.
32957 This must be called after changing any parameter, such as the current
32958 display radix, which might change the appearance of existing stack
32959 entries.  (During a keyboard macro invoked by the @kbd{X} key, refreshing
32960 is suppressed, but a flag is set so that the entire stack will be refreshed
32961 rather than just the top few elements when the macro finishes.)
32962 @end defun
32964 @node Predicates, Computational Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Internals
32965 @subsubsection Predicates
32967 @noindent
32968 The functions described here are predicates, that is, they return a
32969 true/false value where @code{nil} means false and anything else means
32970 true.  These predicates are expanded by @code{defmath}, for example,
32971 from @code{zerop} to @code{math-zerop}.  In many cases they correspond
32972 to native Lisp functions by the same name, but are extended to cover
32973 the full range of Calc data types.
32975 @defun zerop x
32976 Returns true if @var{x} is numerically zero, in any of the Calc data
32977 types.  (Note that for some types, such as error forms and intervals,
32978 it never makes sense to return true.)  In @code{defmath}, the expression
32979 @samp{(= x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-zerop x)},
32980 and @samp{(/= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-zerop x))}.
32981 @end defun
32983 @defun negp x
32984 Returns true if @var{x} is negative.  This accepts negative real numbers
32985 of various types, negative HMS and date forms, and intervals in which
32986 all included values are negative.  In @code{defmath}, the expression
32987 @samp{(< x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-negp x)},
32988 and @samp{(>= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-negp x))}.
32989 @end defun
32991 @defun posp x
32992 Returns true if @var{x} is positive (and non-zero).  For complex
32993 numbers, none of these three predicates will return true.
32994 @end defun
32996 @defun looks-negp x
32997 Returns true if @var{x} is ``negative-looking.''  This returns true if
32998 @var{x} is a negative number, or a formula with a leading minus sign
32999 such as @samp{-a/b}.  In other words, this is an object which can be
33000 made simpler by calling @code{(- @var{x})}.
33001 @end defun
33003 @defun integerp x
33004 Returns true if @var{x} is an integer of any size.
33005 @end defun
33007 @defun fixnump x
33008 Returns true if @var{x} is a native Lisp integer.
33009 @end defun
33011 @defun natnump x
33012 Returns true if @var{x} is a nonnegative integer of any size.
33013 @end defun
33015 @defun fixnatnump x
33016 Returns true if @var{x} is a nonnegative Lisp integer.
33017 @end defun
33019 @defun num-integerp x
33020 Returns true if @var{x} is numerically an integer, i.e., either a
33021 true integer or a float with no significant digits to the right of
33022 the decimal point.
33023 @end defun
33025 @defun messy-integerp x
33026 Returns true if @var{x} is numerically, but not literally, an integer.
33027 A value is @code{num-integerp} if it is @code{integerp} or
33028 @code{messy-integerp} (but it is never both at once).
33029 @end defun
33031 @defun num-natnump x
33032 Returns true if @var{x} is numerically a nonnegative integer.
33033 @end defun
33035 @defun evenp x
33036 Returns true if @var{x} is an even integer.
33037 @end defun
33039 @defun looks-evenp x
33040 Returns true if @var{x} is an even integer, or a formula with a leading
33041 multiplicative coefficient which is an even integer.
33042 @end defun
33044 @defun oddp x
33045 Returns true if @var{x} is an odd integer.
33046 @end defun
33048 @defun ratp x
33049 Returns true if @var{x} is a rational number, i.e., an integer or a
33050 fraction.
33051 @end defun
33053 @defun realp x
33054 Returns true if @var{x} is a real number, i.e., an integer, fraction,
33055 or floating-point number.
33056 @end defun
33058 @defun anglep x
33059 Returns true if @var{x} is a real number or HMS form.
33060 @end defun
33062 @defun floatp x
33063 Returns true if @var{x} is a float, or a complex number, error form,
33064 interval, date form, or modulo form in which at least one component
33065 is a float.
33066 @end defun
33068 @defun complexp x
33069 Returns true if @var{x} is a rectangular or polar complex number
33070 (but not a real number).
33071 @end defun
33073 @defun rect-complexp x
33074 Returns true if @var{x} is a rectangular complex number.
33075 @end defun
33077 @defun polar-complexp x
33078 Returns true if @var{x} is a polar complex number.
33079 @end defun
33081 @defun numberp x
33082 Returns true if @var{x} is a real number or a complex number.
33083 @end defun
33085 @defun scalarp x
33086 Returns true if @var{x} is a real or complex number or an HMS form.
33087 @end defun
33089 @defun vectorp x
33090 Returns true if @var{x} is a vector (this simply checks if its argument
33091 is a list whose first element is the symbol @code{vec}).
33092 @end defun
33094 @defun numvecp x
33095 Returns true if @var{x} is a number or vector.
33096 @end defun
33098 @defun matrixp x
33099 Returns true if @var{x} is a matrix, i.e., a vector of one or more vectors,
33100 all of the same size.
33101 @end defun
33103 @defun square-matrixp x
33104 Returns true if @var{x} is a square matrix.
33105 @end defun
33107 @defun objectp x
33108 Returns true if @var{x} is any numeric Calc object, including real and
33109 complex numbers, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33110 modulo forms.  (Note that error forms and intervals may include formulas
33111 as their components; see @code{constp} below.)
33112 @end defun
33114 @defun objvecp x
33115 Returns true if @var{x} is an object or a vector.  This also accepts
33116 incomplete objects, but it rejects variables and formulas (except as
33117 mentioned above for @code{objectp}).
33118 @end defun
33120 @defun primp x
33121 Returns true if @var{x} is a ``primitive'' or ``atomic'' Calc object,
33122 i.e., one whose components cannot be regarded as sub-formulas.  This
33123 includes variables, and all @code{objectp} types except error forms
33124 and intervals.
33125 @end defun
33127 @defun constp x
33128 Returns true if @var{x} is constant, i.e., a real or complex number,
33129 HMS form, date form, or error form, interval, or vector all of whose
33130 components are @code{constp}.
33131 @end defun
33133 @defun lessp x y
33134 Returns true if @var{x} is numerically less than @var{y}.  Returns false
33135 if @var{x} is greater than or equal to @var{y}, or if the order is
33136 undefined or cannot be determined.  Generally speaking, this works
33137 by checking whether @samp{@var{x} - @var{y}} is @code{negp}.  In
33138 @code{defmath}, the expression @samp{(< x y)} will automatically be
33139 converted to @samp{(lessp x y)}; expressions involving @code{>}, @code{<=},
33140 and @code{>=} are similarly converted in terms of @code{lessp}.
33141 @end defun
33143 @defun beforep x y
33144 Returns true if @var{x} comes before @var{y} in a canonical ordering
33145 of Calc objects.  If @var{x} and @var{y} are both real numbers, this
33146 will be the same as @code{lessp}.  But whereas @code{lessp} considers
33147 other types of objects to be unordered, @code{beforep} puts any two
33148 objects into a definite, consistent order.  The @code{beforep}
33149 function is used by the @kbd{V S} vector-sorting command, and also
33150 by @kbd{a s} to put the terms of a product into canonical order:
33151 This allows @samp{x y + y x} to be simplified easily to @samp{2 x y}.
33152 @end defun
33154 @defun equal x y
33155 This is the standard Lisp @code{equal} predicate; it returns true if
33156 @var{x} and @var{y} are structurally identical.  This is the usual way
33157 to compare numbers for equality, but note that @code{equal} will treat
33158 0 and 0.0 as different.
33159 @end defun
33161 @defun math-equal x y
33162 Returns true if @var{x} and @var{y} are numerically equal, either because
33163 they are @code{equal}, or because their difference is @code{zerop}.  In
33164 @code{defmath}, the expression @samp{(= x y)} will automatically be
33165 converted to @samp{(math-equal x y)}.
33166 @end defun
33168 @defun equal-int x n
33169 Returns true if @var{x} and @var{n} are numerically equal, where @var{n}
33170 is a fixnum which is not a multiple of 10.  This will automatically be
33171 used by @code{defmath} in place of the more general @code{math-equal}
33172 whenever possible.
33173 @end defun
33175 @defun nearly-equal x y
33176 Returns true if @var{x} and @var{y}, as floating-point numbers, are
33177 equal except possibly in the last decimal place.  For example,
33178 314.159 and 314.166 are considered nearly equal if the current
33179 precision is 6 (since they differ by 7 units), but not if the current
33180 precision is 7 (since they differ by 70 units).  Most functions which
33181 use series expansions use @code{with-extra-prec} to evaluate the
33182 series with 2 extra digits of precision, then use @code{nearly-equal}
33183 to decide when the series has converged; this guards against cumulative
33184 error in the series evaluation without doing extra work which would be
33185 lost when the result is rounded back down to the current precision.
33186 In @code{defmath}, this can be written @samp{(~= @var{x} @var{y})}.
33187 The @var{x} and @var{y} can be numbers of any kind, including complex.
33188 @end defun
33190 @defun nearly-zerop x y
33191 Returns true if @var{x} is nearly zero, compared to @var{y}.  This
33192 checks whether @var{x} plus @var{y} would by be @code{nearly-equal}
33193 to @var{y} itself, to within the current precision, in other words,
33194 if adding @var{x} to @var{y} would have a negligible effect on @var{y}
33195 due to roundoff error.  @var{X} may be a real or complex number, but
33196 @var{y} must be real.
33197 @end defun
33199 @defun is-true x
33200 Return true if the formula @var{x} represents a true value in
33201 Calc, not Lisp, terms.  It tests if @var{x} is a non-zero number
33202 or a provably non-zero formula.
33203 @end defun
33205 @defun reject-arg val pred
33206 Abort the current function evaluation due to unacceptable argument values.
33207 This calls @samp{(calc-record-why @var{pred} @var{val})}, then signals a
33208 Lisp error which @code{normalize} will trap.  The net effect is that the
33209 function call which led here will be left in symbolic form.
33210 @end defun
33212 @defun inexact-value
33213 If Symbolic mode is enabled, this will signal an error that causes
33214 @code{normalize} to leave the formula in symbolic form, with the message
33215 ``Inexact result.''  (This function has no effect when not in Symbolic mode.)
33216 Note that if your function calls @samp{(sin 5)} in Symbolic mode, the
33217 @code{sin} function will call @code{inexact-value}, which will cause your
33218 function to be left unsimplified.  You may instead wish to call
33219 @samp{(normalize (list 'calcFunc-sin 5))}, which in Symbolic mode will
33220 return the formula @samp{sin(5)} to your function.
33221 @end defun
33223 @defun overflow
33224 This signals an error that will be reported as a floating-point overflow.
33225 @end defun
33227 @defun underflow
33228 This signals a floating-point underflow.
33229 @end defun
33231 @node Computational Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Predicates, Internals
33232 @subsubsection Computational Functions
33234 @noindent
33235 The functions described here do the actual computational work of the
33236 Calculator.  In addition to these, note that any function described in
33237 the main body of this manual may be called from Lisp; for example, if
33238 the documentation refers to the @code{calc-sqrt} [@code{sqrt}] command,
33239 this means @code{calc-sqrt} is an interactive stack-based square-root
33240 command and @code{sqrt} (which @code{defmath} expands to @code{calcFunc-sqrt})
33241 is the actual Lisp function for taking square roots.
33243 The functions @code{math-add}, @code{math-sub}, @code{math-mul},
33244 @code{math-div}, @code{math-mod}, and @code{math-neg} are not included
33245 in this list, since @code{defmath} allows you to write native Lisp
33246 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, and unary @code{-},
33247 respectively, instead.
33249 @defun normalize val
33250 (Full form: @code{math-normalize}.)
33251 Reduce the value @var{val} to standard form.  For example, if @var{val}
33252 is a fixnum, it will be converted to a bignum if it is too large, and
33253 if @var{val} is a bignum it will be normalized by clipping off trailing
33254 (i.e., most-significant) zero digits and converting to a fixnum if it is
33255 small.  All the various data types are similarly converted to their standard
33256 forms.  Variables are left alone, but function calls are actually evaluated
33257 in formulas.  For example, normalizing @samp{(+ 2 (calcFunc-abs -4))} will
33258 return 6.
33260 If a function call fails, because the function is void or has the wrong
33261 number of parameters, or because it returns @code{nil} or calls
33262 @code{reject-arg} or @code{inexact-result}, @code{normalize} returns
33263 the formula still in symbolic form.
33265 If the current simplification mode is ``none'' or ``numeric arguments
33266 only,'' @code{normalize} will act appropriately.  However, the more
33267 powerful simplification modes (like Algebraic Simplification) are
33268 not handled by @code{normalize}.  They are handled by @code{calc-normalize},
33269 which calls @code{normalize} and possibly some other routines, such
33270 as @code{simplify} or @code{simplify-units}.  Programs generally will
33271 never call @code{calc-normalize} except when popping or pushing values
33272 on the stack.
33273 @end defun
33275 @defun evaluate-expr expr
33276 Replace all variables in @var{expr} that have values with their values,
33277 then use @code{normalize} to simplify the result.  This is what happens
33278 when you press the @kbd{=} key interactively.
33279 @end defun
33281 @defmac with-extra-prec n body
33282 Evaluate the Lisp forms in @var{body} with precision increased by @var{n}
33283 digits.  This is a macro which expands to
33285 @smallexample
33286 (math-normalize
33287   (let ((calc-internal-prec (+ calc-internal-prec @var{n})))
33288     @var{body}))
33289 @end smallexample
33291 The surrounding call to @code{math-normalize} causes a floating-point
33292 result to be rounded down to the original precision afterwards.  This
33293 is important because some arithmetic operations assume a number's
33294 mantissa contains no more digits than the current precision allows.
33295 @end defmac
33297 @defun make-frac n d
33298 Build a fraction @samp{@var{n}:@var{d}}.  This is equivalent to calling
33299 @samp{(normalize (list 'frac @var{n} @var{d}))}, but more efficient.
33300 @end defun
33302 @defun make-float mant exp
33303 Build a floating-point value out of @var{mant} and @var{exp}, both
33304 of which are arbitrary integers.  This function will return a
33305 properly normalized float value, or signal an overflow or underflow
33306 if @var{exp} is out of range.
33307 @end defun
33309 @defun make-sdev x sigma
33310 Build an error form out of @var{x} and the absolute value of @var{sigma}.
33311 If @var{sigma} is zero, the result is the number @var{x} directly.
33312 If @var{sigma} is negative or complex, its absolute value is used.
33313 If @var{x} or @var{sigma} is not a valid type of object for use in
33314 error forms, this calls @code{reject-arg}.
33315 @end defun
33317 @defun make-intv mask lo hi
33318 Build an interval form out of @var{mask} (which is assumed to be an
33319 integer from 0 to 3), and the limits @var{lo} and @var{hi}.  If
33320 @var{lo} is greater than @var{hi}, an empty interval form is returned.
33321 This calls @code{reject-arg} if @var{lo} or @var{hi} is unsuitable.
33322 @end defun
33324 @defun sort-intv mask lo hi
33325 Build an interval form, similar to @code{make-intv}, except that if
33326 @var{lo} is less than @var{hi} they are simply exchanged, and the
33327 bits of @var{mask} are swapped accordingly.
33328 @end defun
33330 @defun make-mod n m
33331 Build a modulo form out of @var{n} and the modulus @var{m}.  Since modulo
33332 forms do not allow formulas as their components, if @var{n} or @var{m}
33333 is not a real number or HMS form the result will be a formula which
33334 is a call to @code{makemod}, the algebraic version of this function.
33335 @end defun
33337 @defun float x
33338 Convert @var{x} to floating-point form.  Integers and fractions are
33339 converted to numerically equivalent floats; components of complex
33340 numbers, vectors, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33341 modulo forms are recursively floated.  If the argument is a variable
33342 or formula, this calls @code{reject-arg}.
33343 @end defun
33345 @defun compare x y
33346 Compare the numbers @var{x} and @var{y}, and return @mathit{-1} if
33347 @samp{(lessp @var{x} @var{y})}, 1 if @samp{(lessp @var{y} @var{x})},
33348 0 if @samp{(math-equal @var{x} @var{y})}, or 2 if the order is
33349 undefined or cannot be determined.
33350 @end defun
33352 @defun numdigs n
33353 Return the number of digits of integer @var{n}, effectively
33354 @samp{ceil(log10(@var{n}))}, but much more efficient.  Zero is
33355 considered to have zero digits.
33356 @end defun
33358 @defun scale-int x n
33359 Shift integer @var{x} left @var{n} decimal digits, or right @mathit{-@var{n}}
33360 digits with truncation toward zero.
33361 @end defun
33363 @defun scale-rounding x n
33364 Like @code{scale-int}, except that a right shift rounds to the nearest
33365 integer rather than truncating.
33366 @end defun
33368 @defun fixnum n
33369 Return the integer @var{n} as a fixnum, i.e., a native Lisp integer.
33370 If @var{n} is outside the permissible range for Lisp integers (usually
33371 24 binary bits) the result is undefined.
33372 @end defun
33374 @defun sqr x
33375 Compute the square of @var{x}; short for @samp{(* @var{x} @var{x})}.
33376 @end defun
33378 @defun quotient x y
33379 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return an integer quotient
33380 and discard the remainder.  If @var{x} or @var{y} is negative, the
33381 direction of rounding is undefined.
33382 @end defun
33384 @defun idiv x y
33385 Perform an integer division; if @var{x} and @var{y} are both nonnegative
33386 integers, this uses the @code{quotient} function, otherwise it computes
33387 @samp{floor(@var{x}/@var{y})}.  Thus the result is well-defined but
33388 slower than for @code{quotient}.
33389 @end defun
33391 @defun imod x y
33392 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return the integer remainder
33393 and discard the quotient.  Like @code{quotient}, this works only for
33394 integer arguments and is not well-defined for negative arguments.
33395 For a more well-defined result, use @samp{(% @var{x} @var{y})}.
33396 @end defun
33398 @defun idivmod x y
33399 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return a cons cell whose
33400 @code{car} is @samp{(quotient @var{x} @var{y})} and whose @code{cdr}
33401 is @samp{(imod @var{x} @var{y})}.
33402 @end defun
33404 @defun pow x y
33405 Compute @var{x} to the power @var{y}.  In @code{defmath} code, this can
33406 also be written @samp{(^ @var{x} @var{y})} or
33407 @w{@samp{(expt @var{x} @var{y})}}.
33408 @end defun
33410 @defun abs-approx x
33411 Compute a fast approximation to the absolute value of @var{x}.  For
33412 example, for a rectangular complex number the result is the sum of
33413 the absolute values of the components.
33414 @end defun
33416 @findex two-pi
33417 @findex pi-over-2
33418 @findex pi-over-4
33419 @findex pi-over-180
33420 @findex sqrt-two-pi
33421 @findex sqrt-e
33422 @findex e
33423 @findex ln-2
33424 @findex ln-10
33425 @defun pi
33426 The function @samp{(pi)} computes @samp{pi} to the current precision.
33427 Other related constant-generating functions are @code{two-pi},
33428 @code{pi-over-2}, @code{pi-over-4}, @code{pi-over-180}, @code{sqrt-two-pi},
33429 @code{e}, @code{sqrt-e}, @code{ln-2}, and @code{ln-10}.  Each function
33430 returns a floating-point value in the current precision, and each uses
33431 caching so that all calls after the first are essentially free.
33432 @end defun
33434 @defmac math-defcache @var{func} @var{initial} @var{form}
33435 This macro, usually used as a top-level call like @code{defun} or
33436 @code{defvar}, defines a new cached constant analogous to @code{pi}, etc.
33437 It defines a function @code{func} which returns the requested value;
33438 if @var{initial} is non-@code{nil} it must be a @samp{(float @dots{})}
33439 form which serves as an initial value for the cache.  If @var{func}
33440 is called when the cache is empty or does not have enough digits to
33441 satisfy the current precision, the Lisp expression @var{form} is evaluated
33442 with the current precision increased by four, and the result minus its
33443 two least significant digits is stored in the cache.  For example,
33444 calling @samp{(pi)} with a precision of 30 computes @samp{pi} to 34
33445 digits, rounds it down to 32 digits for future use, then rounds it
33446 again to 30 digits for use in the present request.
33447 @end defmac
33449 @findex half-circle
33450 @findex quarter-circle
33451 @defun full-circle symb
33452 If the current angular mode is Degrees or HMS, this function returns the
33453 integer 360.  In Radians mode, this function returns either the
33454 corresponding value in radians to the current precision, or the formula
33455 @samp{2*pi}, depending on the Symbolic mode.  There are also similar
33456 function @code{half-circle} and @code{quarter-circle}.
33457 @end defun
33459 @defun power-of-2 n
33460 Compute two to the integer power @var{n}, as a (potentially very large)
33461 integer.  Powers of two are cached, so only the first call for a
33462 particular @var{n} is expensive.
33463 @end defun
33465 @defun integer-log2 n
33466 Compute the base-2 logarithm of @var{n}, which must be an integer which
33467 is a power of two.  If @var{n} is not a power of two, this function will
33468 return @code{nil}.
33469 @end defun
33471 @defun div-mod a b m
33472 Divide @var{a} by @var{b}, modulo @var{m}.  This returns @code{nil} if
33473 there is no solution, or if any of the arguments are not integers.
33474 @end defun
33476 @defun pow-mod a b m
33477 Compute @var{a} to the power @var{b}, modulo @var{m}.  If @var{a},
33478 @var{b}, and @var{m} are integers, this uses an especially efficient
33479 algorithm.  Otherwise, it simply computes @samp{(% (^ a b) m)}.
33480 @end defun
33482 @defun isqrt n
33483 Compute the integer square root of @var{n}.  This is the square root
33484 of @var{n} rounded down toward zero, i.e., @samp{floor(sqrt(@var{n}))}.
33485 If @var{n} is itself an integer, the computation is especially efficient.
33486 @end defun
33488 @defun to-hms a ang
33489 Convert the argument @var{a} into an HMS form.  If @var{ang} is specified,
33490 it is the angular mode in which to interpret @var{a}, either @code{deg}
33491 or @code{rad}.  Otherwise, the current angular mode is used.  If @var{a}
33492 is already an HMS form it is returned as-is.
33493 @end defun
33495 @defun from-hms a ang
33496 Convert the HMS form @var{a} into a real number.  If @var{ang} is specified,
33497 it is the angular mode in which to express the result, otherwise the
33498 current angular mode is used.  If @var{a} is already a real number, it
33499 is returned as-is.
33500 @end defun
33502 @defun to-radians a
33503 Convert the number or HMS form @var{a} to radians from the current
33504 angular mode.
33505 @end defun
33507 @defun from-radians a
33508 Convert the number @var{a} from radians to the current angular mode.
33509 If @var{a} is a formula, this returns the formula @samp{deg(@var{a})}.
33510 @end defun
33512 @defun to-radians-2 a
33513 Like @code{to-radians}, except that in Symbolic mode a degrees to
33514 radians conversion yields a formula like @samp{@var{a}*pi/180}.
33515 @end defun
33517 @defun from-radians-2 a
33518 Like @code{from-radians}, except that in Symbolic mode a radians to
33519 degrees conversion yields a formula like @samp{@var{a}*180/pi}.
33520 @end defun
33522 @defun random-digit
33523 Produce a random base-1000 digit in the range 0 to 999.
33524 @end defun
33526 @defun random-digits n
33527 Produce a random @var{n}-digit integer; this will be an integer
33528 in the interval @samp{[0, 10^@var{n})}.
33529 @end defun
33531 @defun random-float
33532 Produce a random float in the interval @samp{[0, 1)}.
33533 @end defun
33535 @defun prime-test n iters
33536 Determine whether the integer @var{n} is prime.  Return a list which has
33537 one of these forms: @samp{(nil @var{f})} means the number is non-prime
33538 because it was found to be divisible by @var{f}; @samp{(nil)} means it
33539 was found to be non-prime by table look-up (so no factors are known);
33540 @samp{(nil unknown)} means it is definitely non-prime but no factors
33541 are known because @var{n} was large enough that Fermat's probabilistic
33542 test had to be used; @samp{(t)} means the number is definitely prime;
33543 and @samp{(maybe @var{i} @var{p})} means that Fermat's test, after @var{i}
33544 iterations, is @var{p} percent sure that the number is prime.  The
33545 @var{iters} parameter is the number of Fermat iterations to use, in the
33546 case that this is necessary.  If @code{prime-test} returns ``maybe,''
33547 you can call it again with the same @var{n} to get a greater certainty;
33548 @code{prime-test} remembers where it left off.
33549 @end defun
33551 @defun to-simple-fraction f
33552 If @var{f} is a floating-point number which can be represented exactly
33553 as a small rational number. return that number, else return @var{f}.
33554 For example, 0.75 would be converted to 3:4.  This function is very
33555 fast.
33556 @end defun
33558 @defun to-fraction f tol
33559 Find a rational approximation to floating-point number @var{f} to within
33560 a specified tolerance @var{tol}; this corresponds to the algebraic
33561 function @code{frac}, and can be rather slow.
33562 @end defun
33564 @defun quarter-integer n
33565 If @var{n} is an integer or integer-valued float, this function
33566 returns zero.  If @var{n} is a half-integer (i.e., an integer plus
33567 @mathit{1:2} or 0.5), it returns 2.  If @var{n} is a quarter-integer,
33568 it returns 1 or 3.  If @var{n} is anything else, this function
33569 returns @code{nil}.
33570 @end defun
33572 @node Vector Lisp Functions, Symbolic Lisp Functions, Computational Lisp Functions, Internals
33573 @subsubsection Vector Functions
33575 @noindent
33576 The functions described here perform various operations on vectors and
33577 matrices.
33579 @defun math-concat x y
33580 Do a vector concatenation; this operation is written @samp{@var{x} | @var{y}}
33581 in a symbolic formula.  @xref{Building Vectors}.
33582 @end defun
33584 @defun vec-length v
33585 Return the length of vector @var{v}.  If @var{v} is not a vector, the
33586 result is zero.  If @var{v} is a matrix, this returns the number of
33587 rows in the matrix.
33588 @end defun
33590 @defun mat-dimens m
33591 Determine the dimensions of vector or matrix @var{m}.  If @var{m} is not
33592 a vector, the result is an empty list.  If @var{m} is a plain vector
33593 but not a matrix, the result is a one-element list containing the length
33594 of the vector.  If @var{m} is a matrix with @var{r} rows and @var{c} columns,
33595 the result is the list @samp{(@var{r} @var{c})}.  Higher-order tensors
33596 produce lists of more than two dimensions.  Note that the object
33597 @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} is a vector of vectors not all the same size,
33598 and is treated by this and other Calc routines as a plain vector of two
33599 elements.
33600 @end defun
33602 @defun dimension-error
33603 Abort the current function with a message of ``Dimension error.''
33604 The Calculator will leave the function being evaluated in symbolic
33605 form; this is really just a special case of @code{reject-arg}.
33606 @end defun
33608 @defun build-vector args
33609 Return a Calc vector with @var{args} as elements.
33610 For example, @samp{(build-vector 1 2 3)} returns the Calc vector
33611 @samp{[1, 2, 3]}, stored internally as the list @samp{(vec 1 2 3)}.
33612 @end defun
33614 @defun make-vec obj dims
33615 Return a Calc vector or matrix all of whose elements are equal to
33616 @var{obj}.  For example, @samp{(make-vec 27 3 4)} returns a 3x4 matrix
33617 filled with 27's.
33618 @end defun
33620 @defun row-matrix v
33621 If @var{v} is a plain vector, convert it into a row matrix, i.e.,
33622 a matrix whose single row is @var{v}.  If @var{v} is already a matrix,
33623 leave it alone.
33624 @end defun
33626 @defun col-matrix v
33627 If @var{v} is a plain vector, convert it into a column matrix, i.e., a
33628 matrix with each element of @var{v} as a separate row.  If @var{v} is
33629 already a matrix, leave it alone.
33630 @end defun
33632 @defun map-vec f v
33633 Map the Lisp function @var{f} over the Calc vector @var{v}.  For example,
33634 @samp{(map-vec 'math-floor v)} returns a vector of the floored components
33635 of vector @var{v}.
33636 @end defun
33638 @defun map-vec-2 f a b
33639 Map the Lisp function @var{f} over the two vectors @var{a} and @var{b}.
33640 If @var{a} and @var{b} are vectors of equal length, the result is a
33641 vector of the results of calling @samp{(@var{f} @var{ai} @var{bi})}
33642 for each pair of elements @var{ai} and @var{bi}.  If either @var{a} or
33643 @var{b} is a scalar, it is matched with each value of the other vector.
33644 For example, @samp{(map-vec-2 'math-add v 1)} returns the vector @var{v}
33645 with each element increased by one.  Note that using @samp{'+} would not
33646 work here, since @code{defmath} does not expand function names everywhere,
33647 just where they are in the function position of a Lisp expression.
33648 @end defun
33650 @defun reduce-vec f v
33651 Reduce the function @var{f} over the vector @var{v}.  For example, if
33652 @var{v} is @samp{[10, 20, 30, 40]}, this calls @samp{(f (f (f 10 20) 30) 40)}.
33653 If @var{v} is a matrix, this reduces over the rows of @var{v}.
33654 @end defun
33656 @defun reduce-cols f m
33657 Reduce the function @var{f} over the columns of matrix @var{m}.  For
33658 example, if @var{m} is @samp{[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]}, the result
33659 is a vector of the two elements @samp{(f (f 1 3) 5)} and @samp{(f (f 2 4) 6)}.
33660 @end defun
33662 @defun mat-row m n
33663 Return the @var{n}th row of matrix @var{m}.  This is equivalent to
33664 @samp{(elt m n)}.  For a slower but safer version, use @code{mrow}.
33665 (@xref{Extracting Elements}.)
33666 @end defun
33668 @defun mat-col m n
33669 Return the @var{n}th column of matrix @var{m}, in the form of a vector.
33670 The arguments are not checked for correctness.
33671 @end defun
33673 @defun mat-less-row m n
33674 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th row deleted.  The
33675 number @var{n} must be in range from 1 to the number of rows in @var{m}.
33676 @end defun
33678 @defun mat-less-col m n
33679 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th column deleted.
33680 @end defun
33682 @defun transpose m
33683 Return the transpose of matrix @var{m}.
33684 @end defun
33686 @defun flatten-vector v
33687 Flatten nested vector @var{v} into a vector of scalars.  For example,
33688 if @var{v} is @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} the result is @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
33689 @end defun
33691 @defun copy-matrix m
33692 If @var{m} is a matrix, return a copy of @var{m}.  This maps
33693 @code{copy-sequence} over the rows of @var{m}; in Lisp terms, each
33694 element of the result matrix will be @code{eq} to the corresponding
33695 element of @var{m}, but none of the @code{cons} cells that make up
33696 the structure of the matrix will be @code{eq}.  If @var{m} is a plain
33697 vector, this is the same as @code{copy-sequence}.
33698 @end defun
33700 @defun swap-rows m r1 r2
33701 Exchange rows @var{r1} and @var{r2} of matrix @var{m} in-place.  In
33702 other words, unlike most of the other functions described here, this
33703 function changes @var{m} itself rather than building up a new result
33704 matrix.  The return value is @var{m}, i.e., @samp{(eq (swap-rows m 1 2) m)}
33705 is true, with the side effect of exchanging the first two rows of
33706 @var{m}.
33707 @end defun
33709 @node Symbolic Lisp Functions, Formatting Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Internals
33710 @subsubsection Symbolic Functions
33712 @noindent
33713 The functions described here operate on symbolic formulas in the
33714 Calculator.
33716 @defun calc-prepare-selection num
33717 Prepare a stack entry for selection operations.  If @var{num} is
33718 omitted, the stack entry containing the cursor is used; otherwise,
33719 it is the number of the stack entry to use.  This function stores
33720 useful information about the current stack entry into a set of
33721 variables.  @code{calc-selection-cache-num} contains the number of
33722 the stack entry involved (equal to @var{num} if you specified it);
33723 @code{calc-selection-cache-entry} contains the stack entry as a
33724 list (such as @code{calc-top-list} would return with @code{entry}
33725 as the selection mode); and @code{calc-selection-cache-comp} contains
33726 a special ``tagged'' composition (@pxref{Formatting Lisp Functions})
33727 which allows Calc to relate cursor positions in the buffer with
33728 their corresponding sub-formulas.
33730 A slight complication arises in the selection mechanism because
33731 formulas may contain small integers.  For example, in the vector
33732 @samp{[1, 2, 1]} the first and last elements are @code{eq} to each
33733 other; selections are recorded as the actual Lisp object that
33734 appears somewhere in the tree of the whole formula, but storing
33735 @code{1} would falsely select both @code{1}'s in the vector.  So
33736 @code{calc-prepare-selection} also checks the stack entry and
33737 replaces any plain integers with ``complex number'' lists of the form
33738 @samp{(cplx @var{n} 0)}.  This list will be displayed the same as a
33739 plain @var{n} and the change will be completely invisible to the
33740 user, but it will guarantee that no two sub-formulas of the stack
33741 entry will be @code{eq} to each other.  Next time the stack entry
33742 is involved in a computation, @code{calc-normalize} will replace
33743 these lists with plain numbers again, again invisibly to the user.
33744 @end defun
33746 @defun calc-encase-atoms x
33747 This modifies the formula @var{x} to ensure that each part of the
33748 formula is a unique atom, using the @samp{(cplx @var{n} 0)} trick
33749 described above.  This function may use @code{setcar} to modify
33750 the formula in-place.
33751 @end defun
33753 @defun calc-find-selected-part
33754 Find the smallest sub-formula of the current formula that contains
33755 the cursor.  This assumes @code{calc-prepare-selection} has been
33756 called already.  If the cursor is not actually on any part of the
33757 formula, this returns @code{nil}.
33758 @end defun
33760 @defun calc-change-current-selection selection
33761 Change the currently prepared stack element's selection to
33762 @var{selection}, which should be @code{eq} to some sub-formula
33763 of the stack element, or @code{nil} to unselect the formula.
33764 The stack element's appearance in the Calc buffer is adjusted
33765 to reflect the new selection.
33766 @end defun
33768 @defun calc-find-nth-part expr n
33769 Return the @var{n}th sub-formula of @var{expr}.  This function is used
33770 by the selection commands, and (unless @kbd{j b} has been used) treats
33771 sums and products as flat many-element formulas.  Thus if @var{expr}
33772 is @samp{((a + b) - c) + d}, calling @code{calc-find-nth-part} with
33773 @var{n} equal to four will return @samp{d}.
33774 @end defun
33776 @defun calc-find-parent-formula expr part
33777 Return the sub-formula of @var{expr} which immediately contains
33778 @var{part}.  If @var{expr} is @samp{a*b + (c+1)*d} and @var{part}
33779 is @code{eq} to the @samp{c+1} term of @var{expr}, then this function
33780 will return @samp{(c+1)*d}.  If @var{part} turns out not to be a
33781 sub-formula of @var{expr}, the function returns @code{nil}.  If
33782 @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, the function returns @code{t}.
33783 This function does not take associativity into account.
33784 @end defun
33786 @defun calc-find-assoc-parent-formula expr part
33787 This is the same as @code{calc-find-parent-formula}, except that
33788 (unless @kbd{j b} has been used) it continues widening the selection
33789 to contain a complete level of the formula.  Given @samp{a} from
33790 @samp{((a + b) - c) + d}, @code{calc-find-parent-formula} will
33791 return @samp{a + b} but @code{calc-find-assoc-parent-formula} will
33792 return the whole expression.
33793 @end defun
33795 @defun calc-grow-assoc-formula expr part
33796 This expands sub-formula @var{part} of @var{expr} to encompass a
33797 complete level of the formula.  If @var{part} and its immediate
33798 parent are not compatible associative operators, or if @kbd{j b}
33799 has been used, this simply returns @var{part}.
33800 @end defun
33802 @defun calc-find-sub-formula expr part
33803 This finds the immediate sub-formula of @var{expr} which contains
33804 @var{part}.  It returns an index @var{n} such that
33805 @samp{(calc-find-nth-part @var{expr} @var{n})} would return @var{part}.
33806 If @var{part} is not a sub-formula of @var{expr}, it returns @code{nil}.
33807 If @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, it returns @code{t}.  This
33808 function does not take associativity into account.
33809 @end defun
33811 @defun calc-replace-sub-formula expr old new
33812 This function returns a copy of formula @var{expr}, with the
33813 sub-formula that is @code{eq} to @var{old} replaced by @var{new}.
33814 @end defun
33816 @defun simplify expr
33817 Simplify the expression @var{expr} by applying various algebraic rules.
33818 This is what the @w{@kbd{a s}} (@code{calc-simplify}) command uses.  This
33819 always returns a copy of the expression; the structure @var{expr} points
33820 to remains unchanged in memory.
33822 More precisely, here is what @code{simplify} does:  The expression is
33823 first normalized and evaluated by calling @code{normalize}.  If any
33824 @code{AlgSimpRules} have been defined, they are then applied.  Then
33825 the expression is traversed in a depth-first, bottom-up fashion; at
33826 each level, any simplifications that can be made are made until no
33827 further changes are possible.  Once the entire formula has been
33828 traversed in this way, it is compared with the original formula (from
33829 before the call to @code{normalize}) and, if it has changed,
33830 the entire procedure is repeated (starting with @code{normalize})
33831 until no further changes occur.  Usually only two iterations are
33832 needed:@: one to simplify the formula, and another to verify that no
33833 further simplifications were possible.
33834 @end defun
33836 @defun simplify-extended expr
33837 Simplify the expression @var{expr}, with additional rules enabled that
33838 help do a more thorough job, while not being entirely ``safe'' in all
33839 circumstances.  (For example, this mode will simplify @samp{sqrt(x^2)}
33840 to @samp{x}, which is only valid when @var{x} is positive.)  This is
33841 implemented by temporarily binding the variable @code{math-living-dangerously}
33842 to @code{t} (using a @code{let} form) and calling @code{simplify}.
33843 Dangerous simplification rules are written to check this variable
33844 before taking any action.
33845 @end defun
33847 @defun simplify-units expr
33848 Simplify the expression @var{expr}, treating variable names as units
33849 whenever possible.  This works by binding the variable
33850 @code{math-simplifying-units} to @code{t} while calling @code{simplify}.
33851 @end defun
33853 @defmac math-defsimplify funcs body
33854 Register a new simplification rule; this is normally called as a top-level
33855 form, like @code{defun} or @code{defmath}.  If @var{funcs} is a symbol
33856 (like @code{+} or @code{calcFunc-sqrt}), this simplification rule is
33857 applied to the formulas which are calls to the specified function.  Or,
33858 @var{funcs} can be a list of such symbols; the rule applies to all
33859 functions on the list.  The @var{body} is written like the body of a
33860 function with a single argument called @code{expr}.  The body will be
33861 executed with @code{expr} bound to a formula which is a call to one of
33862 the functions @var{funcs}.  If the function body returns @code{nil}, or
33863 if it returns a result @code{equal} to the original @code{expr}, it is
33864 ignored and Calc goes on to try the next simplification rule that applies.
33865 If the function body returns something different, that new formula is
33866 substituted for @var{expr} in the original formula.
33868 At each point in the formula, rules are tried in the order of the
33869 original calls to @code{math-defsimplify}; the search stops after the
33870 first rule that makes a change.  Thus later rules for that same
33871 function will not have a chance to trigger until the next iteration
33872 of the main @code{simplify} loop.
33874 Note that, since @code{defmath} is not being used here, @var{body} must
33875 be written in true Lisp code without the conveniences that @code{defmath}
33876 provides.  If you prefer, you can have @var{body} simply call another
33877 function (defined with @code{defmath}) which does the real work.
33879 The arguments of a function call will already have been simplified
33880 before any rules for the call itself are invoked.  Since a new argument
33881 list is consed up when this happens, this means that the rule's body is
33882 allowed to rearrange the function's arguments destructively if that is
33883 convenient.  Here is a typical example of a simplification rule:
33885 @smallexample
33886 (math-defsimplify calcFunc-arcsinh
33887   (or (and (math-looks-negp (nth 1 expr))
33888            (math-neg (list 'calcFunc-arcsinh
33889                            (math-neg (nth 1 expr)))))
33890       (and (eq (car-safe (nth 1 expr)) 'calcFunc-sinh)
33891            (or math-living-dangerously
33892                (math-known-realp (nth 1 (nth 1 expr))))
33893            (nth 1 (nth 1 expr)))))
33894 @end smallexample
33896 This is really a pair of rules written with one @code{math-defsimplify}
33897 for convenience; the first replaces @samp{arcsinh(-x)} with
33898 @samp{-arcsinh(x)}, and the second, which is safe only for real @samp{x},
33899 replaces @samp{arcsinh(sinh(x))} with @samp{x}.
33900 @end defmac
33902 @defun common-constant-factor expr
33903 Check @var{expr} to see if it is a sum of terms all multiplied by the
33904 same rational value.  If so, return this value.  If not, return @code{nil}.
33905 For example, if called on @samp{6x + 9y + 12z}, it would return 3, since
33906 3 is a common factor of all the terms.
33907 @end defun
33909 @defun cancel-common-factor expr factor
33910 Assuming @var{expr} is a sum with @var{factor} as a common factor,
33911 divide each term of the sum by @var{factor}.  This is done by
33912 destructively modifying parts of @var{expr}, on the assumption that
33913 it is being used by a simplification rule (where such things are
33914 allowed; see above).  For example, consider this built-in rule for
33915 square roots:
33917 @smallexample
33918 (math-defsimplify calcFunc-sqrt
33919   (let ((fac (math-common-constant-factor (nth 1 expr))))
33920     (and fac (not (eq fac 1))
33921          (math-mul (math-normalize (list 'calcFunc-sqrt fac))
33922                    (math-normalize
33923                     (list 'calcFunc-sqrt
33924                           (math-cancel-common-factor
33925                            (nth 1 expr) fac)))))))
33926 @end smallexample
33927 @end defun
33929 @defun frac-gcd a b
33930 Compute a ``rational GCD'' of @var{a} and @var{b}, which must both be
33931 rational numbers.  This is the fraction composed of the GCD of the
33932 numerators of @var{a} and @var{b}, over the GCD of the denominators.
33933 It is used by @code{common-constant-factor}.  Note that the standard
33934 @code{gcd} function uses the LCM to combine the denominators.
33935 @end defun
33937 @defun map-tree func expr many
33938 Try applying Lisp function @var{func} to various sub-expressions of
33939 @var{expr}.  Initially, call @var{func} with @var{expr} itself as an
33940 argument.  If this returns an expression which is not @code{equal} to
33941 @var{expr}, apply @var{func} again until eventually it does return
33942 @var{expr} with no changes.  Then, if @var{expr} is a function call,
33943 recursively apply @var{func} to each of the arguments.  This keeps going
33944 until no changes occur anywhere in the expression; this final expression
33945 is returned by @code{map-tree}.  Note that, unlike simplification rules,
33946 @var{func} functions may @emph{not} make destructive changes to
33947 @var{expr}.  If a third argument @var{many} is provided, it is an
33948 integer which says how many times @var{func} may be applied; the
33949 default, as described above, is infinitely many times.
33950 @end defun
33952 @defun compile-rewrites rules
33953 Compile the rewrite rule set specified by @var{rules}, which should
33954 be a formula that is either a vector or a variable name.  If the latter,
33955 the compiled rules are saved so that later @code{compile-rules} calls
33956 for that same variable can return immediately.  If there are problems
33957 with the rules, this function calls @code{error} with a suitable
33958 message.
33959 @end defun
33961 @defun apply-rewrites expr crules heads
33962 Apply the compiled rewrite rule set @var{crules} to the expression
33963 @var{expr}.  This will make only one rewrite and only checks at the
33964 top level of the expression.  The result @code{nil} if no rules
33965 matched, or if the only rules that matched did not actually change
33966 the expression.  The @var{heads} argument is optional; if is given,
33967 it should be a list of all function names that (may) appear in
33968 @var{expr}.  The rewrite compiler tags each rule with the
33969 rarest-looking function name in the rule; if you specify @var{heads},
33970 @code{apply-rewrites} can use this information to narrow its search
33971 down to just a few rules in the rule set.
33972 @end defun
33974 @defun rewrite-heads expr
33975 Compute a @var{heads} list for @var{expr} suitable for use with
33976 @code{apply-rewrites}, as discussed above.
33977 @end defun
33979 @defun rewrite expr rules many
33980 This is an all-in-one rewrite function.  It compiles the rule set
33981 specified by @var{rules}, then uses @code{map-tree} to apply the
33982 rules throughout @var{expr} up to @var{many} (default infinity)
33983 times.
33984 @end defun
33986 @defun match-patterns pat vec not-flag
33987 Given a Calc vector @var{vec} and an uncompiled pattern set or
33988 pattern set variable @var{pat}, this function returns a new vector
33989 of all elements of @var{vec} which do (or don't, if @var{not-flag} is
33990 non-@code{nil}) match any of the patterns in @var{pat}.
33991 @end defun
33993 @defun deriv expr var value symb
33994 Compute the derivative of @var{expr} with respect to variable @var{var}
33995 (which may actually be any sub-expression).  If @var{value} is specified,
33996 the derivative is evaluated at the value of @var{var}; otherwise, the
33997 derivative is left in terms of @var{var}.  If the expression contains
33998 functions for which no derivative formula is known, new derivative
33999 functions are invented by adding primes to the names; @pxref{Calculus}.
34000 However, if @var{symb} is non-@code{nil}, the presence of undifferentiable
34001 functions in @var{expr} instead cancels the whole differentiation, and
34002 @code{deriv} returns @code{nil} instead.
34004 Derivatives of an @var{n}-argument function can be defined by
34005 adding a @code{math-derivative-@var{n}} property to the property list
34006 of the symbol for the function's derivative, which will be the
34007 function name followed by an apostrophe.  The value of the property
34008 should be a Lisp function; it is called with the same arguments as the
34009 original function call that is being differentiated.  It should return
34010 a formula for the derivative.  For example, the derivative of @code{ln}
34011 is defined by
34013 @smallexample
34014 (put 'calcFunc-ln\' 'math-derivative-1
34015      (function (lambda (u) (math-div 1 u))))
34016 @end smallexample
34018 The two-argument @code{log} function has two derivatives,
34019 @smallexample
34020 (put 'calcFunc-log\' 'math-derivative-2     ; d(log(x,b)) / dx
34021      (function (lambda (x b) ... )))
34022 (put 'calcFunc-log\'2 'math-derivative-2    ; d(log(x,b)) / db
34023      (function (lambda (x b) ... )))
34024 @end smallexample
34025 @end defun
34027 @defun tderiv expr var value symb
34028 Compute the total derivative of @var{expr}.  This is the same as
34029 @code{deriv}, except that variables other than @var{var} are not
34030 assumed to be constant with respect to @var{var}.
34031 @end defun
34033 @defun integ expr var low high
34034 Compute the integral of @var{expr} with respect to @var{var}.
34035 @xref{Calculus}, for further details.
34036 @end defun
34038 @defmac math-defintegral funcs body
34039 Define a rule for integrating a function or functions of one argument;
34040 this macro is very similar in format to @code{math-defsimplify}.
34041 The main difference is that here @var{body} is the body of a function
34042 with a single argument @code{u} which is bound to the argument to the
34043 function being integrated, not the function call itself.  Also, the
34044 variable of integration is available as @code{math-integ-var}.  If
34045 evaluation of the integral requires doing further integrals, the body
34046 should call @samp{(math-integral @var{x})} to find the integral of
34047 @var{x} with respect to @code{math-integ-var}; this function returns
34048 @code{nil} if the integral could not be done.  Some examples:
34050 @smallexample
34051 (math-defintegral calcFunc-conj
34052   (let ((int (math-integral u)))
34053     (and int
34054          (list 'calcFunc-conj int))))
34056 (math-defintegral calcFunc-cos
34057   (and (equal u math-integ-var)
34058        (math-from-radians-2 (list 'calcFunc-sin u))))
34059 @end smallexample
34061 In the @code{cos} example, we define only the integral of @samp{cos(x) dx},
34062 relying on the general integration-by-substitution facility to handle
34063 cosines of more complicated arguments.  An integration rule should return
34064 @code{nil} if it can't do the integral; if several rules are defined for
34065 the same function, they are tried in order until one returns a non-@code{nil}
34066 result.
34067 @end defmac
34069 @defmac math-defintegral-2 funcs body
34070 Define a rule for integrating a function or functions of two arguments.
34071 This is exactly analogous to @code{math-defintegral}, except that @var{body}
34072 is written as the body of a function with two arguments, @var{u} and
34073 @var{v}.
34074 @end defmac
34076 @defun solve-for lhs rhs var full
34077 Attempt to solve the equation @samp{@var{lhs} = @var{rhs}} by isolating
34078 the variable @var{var} on the lefthand side; return the resulting righthand
34079 side, or @code{nil} if the equation cannot be solved.  The variable
34080 @var{var} must appear at least once in @var{lhs} or @var{rhs}.  Note that
34081 the return value is a formula which does not contain @var{var}; this is
34082 different from the user-level @code{solve} and @code{finv} functions,
34083 which return a rearranged equation or a functional inverse, respectively.
34084 If @var{full} is non-@code{nil}, a full solution including dummy signs
34085 and dummy integers will be produced.  User-defined inverses are provided
34086 as properties in a manner similar to derivatives:
34088 @smallexample
34089 (put 'calcFunc-ln 'math-inverse
34090      (function (lambda (x) (list 'calcFunc-exp x))))
34091 @end smallexample
34093 This function can call @samp{(math-solve-get-sign @var{x})} to create
34094 a new arbitrary sign variable, returning @var{x} times that sign, and
34095 @samp{(math-solve-get-int @var{x})} to create a new arbitrary integer
34096 variable multiplied by @var{x}.  These functions simply return @var{x}
34097 if the caller requested a non-``full'' solution.
34098 @end defun
34100 @defun solve-eqn expr var full
34101 This version of @code{solve-for} takes an expression which will
34102 typically be an equation or inequality.  (If it is not, it will be
34103 interpreted as the equation @samp{@var{expr} = 0}.)  It returns an
34104 equation or inequality, or @code{nil} if no solution could be found.
34105 @end defun
34107 @defun solve-system exprs vars full
34108 This function solves a system of equations.  Generally, @var{exprs}
34109 and @var{vars} will be vectors of equal length.
34110 @xref{Solving Systems of Equations}, for other options.
34111 @end defun
34113 @defun expr-contains expr var
34114 Returns a non-@code{nil} value if @var{var} occurs as a subexpression
34115 of @var{expr}.
34117 This function might seem at first to be identical to
34118 @code{calc-find-sub-formula}.  The key difference is that
34119 @code{expr-contains} uses @code{equal} to test for matches, whereas
34120 @code{calc-find-sub-formula} uses @code{eq}.  In the formula
34121 @samp{f(a, a)}, the two @samp{a}s will be @code{equal} but not
34122 @code{eq} to each other.
34123 @end defun
34125 @defun expr-contains-count expr var
34126 Returns the number of occurrences of @var{var} as a subexpression
34127 of @var{expr}, or @code{nil} if there are no occurrences.
34128 @end defun
34130 @defun expr-depends expr var
34131 Returns true if @var{expr} refers to any variable the occurs in @var{var}.
34132 In other words, it checks if @var{expr} and @var{var} have any variables
34133 in common.
34134 @end defun
34136 @defun expr-contains-vars expr
34137 Return true if @var{expr} contains any variables, or @code{nil} if @var{expr}
34138 contains only constants and functions with constant arguments.
34139 @end defun
34141 @defun expr-subst expr old new
34142 Returns a copy of @var{expr}, with all occurrences of @var{old} replaced
34143 by @var{new}.  This treats @code{lambda} forms specially with respect
34144 to the dummy argument variables, so that the effect is always to return
34145 @var{expr} evaluated at @var{old} = @var{new}.
34146 @end defun
34148 @defun multi-subst expr old new
34149 This is like @code{expr-subst}, except that @var{old} and @var{new}
34150 are lists of expressions to be substituted simultaneously.  If one
34151 list is shorter than the other, trailing elements of the longer list
34152 are ignored.
34153 @end defun
34155 @defun expr-weight expr
34156 Returns the ``weight'' of @var{expr}, basically a count of the total
34157 number of objects and function calls that appear in @var{expr}.  For
34158 ``primitive'' objects, this will be one.
34159 @end defun
34161 @defun expr-height expr
34162 Returns the ``height'' of @var{expr}, which is the deepest level to
34163 which function calls are nested.  (Note that @samp{@var{a} + @var{b}}
34164 counts as a function call.)  For primitive objects, this returns zero.
34165 @end defun
34167 @defun polynomial-p expr var
34168 Check if @var{expr} is a polynomial in variable (or sub-expression)
34169 @var{var}.  If so, return the degree of the polynomial, that is, the
34170 highest power of @var{var} that appears in @var{expr}.  For example,
34171 for @samp{(x^2 + 3)^3 + 4} this would return 6.  This function returns
34172 @code{nil} unless @var{expr}, when expanded out by @kbd{a x}
34173 (@code{calc-expand}), would consist of a sum of terms in which @var{var}
34174 appears only raised to nonnegative integer powers.  Note that if
34175 @var{var} does not occur in @var{expr}, then @var{expr} is considered
34176 a polynomial of degree 0.
34177 @end defun
34179 @defun is-polynomial expr var degree loose
34180 Check if @var{expr} is a polynomial in variable or sub-expression
34181 @var{var}, and, if so, return a list representation of the polynomial
34182 where the elements of the list are coefficients of successive powers of
34183 @var{var}: @samp{@var{a} + @var{b} x + @var{c} x^3} would produce the
34184 list @samp{(@var{a} @var{b} 0 @var{c})}, and @samp{(x + 1)^2} would
34185 produce the list @samp{(1 2 1)}.  The highest element of the list will
34186 be non-zero, with the special exception that if @var{expr} is the
34187 constant zero, the returned value will be @samp{(0)}.  Return @code{nil}
34188 if @var{expr} is not a polynomial in @var{var}.  If @var{degree} is
34189 specified, this will not consider polynomials of degree higher than that
34190 value.  This is a good precaution because otherwise an input of
34191 @samp{(x+1)^1000} will cause a huge coefficient list to be built.  If
34192 @var{loose} is non-@code{nil}, then a looser definition of a polynomial
34193 is used in which coefficients are no longer required not to depend on
34194 @var{var}, but are only required not to take the form of polynomials
34195 themselves.  For example, @samp{sin(x) x^2 + cos(x)} is a loose
34196 polynomial with coefficients @samp{((calcFunc-cos x) 0 (calcFunc-sin
34197 x))}.  The result will never be @code{nil} in loose mode, since any
34198 expression can be interpreted as a ``constant'' loose polynomial.
34199 @end defun
34201 @defun polynomial-base expr pred
34202 Check if @var{expr} is a polynomial in any variable that occurs in it;
34203 if so, return that variable.  (If @var{expr} is a multivariate polynomial,
34204 this chooses one variable arbitrarily.)  If @var{pred} is specified, it should
34205 be a Lisp function which is called as @samp{(@var{pred} @var{subexpr})},
34206 and which should return true if @code{mpb-top-expr} (a global name for
34207 the original @var{expr}) is a suitable polynomial in @var{subexpr}.
34208 The default predicate uses @samp{(polynomial-p mpb-top-expr @var{subexpr})};
34209 you can use @var{pred} to specify additional conditions.  Or, you could
34210 have @var{pred} build up a list of every suitable @var{subexpr} that
34211 is found.
34212 @end defun
34214 @defun poly-simplify poly
34215 Simplify polynomial coefficient list @var{poly} by (destructively)
34216 clipping off trailing zeros.
34217 @end defun
34219 @defun poly-mix a ac b bc
34220 Mix two polynomial lists @var{a} and @var{b} (in the form returned by
34221 @code{is-polynomial}) in a linear combination with coefficient expressions
34222 @var{ac} and @var{bc}.  The result is a (not necessarily simplified)
34223 polynomial list representing @samp{@var{ac} @var{a} + @var{bc} @var{b}}.
34224 @end defun
34226 @defun poly-mul a b
34227 Multiply two polynomial coefficient lists @var{a} and @var{b}.  The
34228 result will be in simplified form if the inputs were simplified.
34229 @end defun
34231 @defun build-polynomial-expr poly var
34232 Construct a Calc formula which represents the polynomial coefficient
34233 list @var{poly} applied to variable @var{var}.  The @kbd{a c}
34234 (@code{calc-collect}) command uses @code{is-polynomial} to turn an
34235 expression into a coefficient list, then @code{build-polynomial-expr}
34236 to turn the list back into an expression in regular form.
34237 @end defun
34239 @defun check-unit-name var
34240 Check if @var{var} is a variable which can be interpreted as a unit
34241 name.  If so, return the units table entry for that unit.  This
34242 will be a list whose first element is the unit name (not counting
34243 prefix characters) as a symbol and whose second element is the
34244 Calc expression which defines the unit.  (Refer to the Calc sources
34245 for details on the remaining elements of this list.)  If @var{var}
34246 is not a variable or is not a unit name, return @code{nil}.
34247 @end defun
34249 @defun units-in-expr-p expr sub-exprs
34250 Return true if @var{expr} contains any variables which can be
34251 interpreted as units.  If @var{sub-exprs} is @code{t}, the entire
34252 expression is searched.  If @var{sub-exprs} is @code{nil}, this
34253 checks whether @var{expr} is directly a units expression.
34254 @end defun
34256 @defun single-units-in-expr-p expr
34257 Check whether @var{expr} contains exactly one units variable.  If so,
34258 return the units table entry for the variable.  If @var{expr} does
34259 not contain any units, return @code{nil}.  If @var{expr} contains
34260 two or more units, return the symbol @code{wrong}.
34261 @end defun
34263 @defun to-standard-units expr which
34264 Convert units expression @var{expr} to base units.  If @var{which}
34265 is @code{nil}, use Calc's native base units.  Otherwise, @var{which}
34266 can specify a units system, which is a list of two-element lists,
34267 where the first element is a Calc base symbol name and the second
34268 is an expression to substitute for it.
34269 @end defun
34271 @defun remove-units expr
34272 Return a copy of @var{expr} with all units variables replaced by ones.
34273 This expression is generally normalized before use.
34274 @end defun
34276 @defun extract-units expr
34277 Return a copy of @var{expr} with everything but units variables replaced
34278 by ones.
34279 @end defun
34281 @node Formatting Lisp Functions, Hooks, Symbolic Lisp Functions, Internals
34282 @subsubsection I/O and Formatting Functions
34284 @noindent
34285 The functions described here are responsible for parsing and formatting
34286 Calc numbers and formulas.
34288 @defun calc-eval str sep arg1 arg2 @dots{}
34289 This is the simplest interface to the Calculator from another Lisp program.
34290 @xref{Calling Calc from Your Programs}.
34291 @end defun
34293 @defun read-number str
34294 If string @var{str} contains a valid Calc number, either integer,
34295 fraction, float, or HMS form, this function parses and returns that
34296 number.  Otherwise, it returns @code{nil}.
34297 @end defun
34299 @defun read-expr str
34300 Read an algebraic expression from string @var{str}.  If @var{str} does
34301 not have the form of a valid expression, return a list of the form
34302 @samp{(error @var{pos} @var{msg})} where @var{pos} is an integer index
34303 into @var{str} of the general location of the error, and @var{msg} is
34304 a string describing the problem.
34305 @end defun
34307 @defun read-exprs str
34308 Read a list of expressions separated by commas, and return it as a
34309 Lisp list.  If an error occurs in any expressions, an error list as
34310 shown above is returned instead.
34311 @end defun
34313 @defun calc-do-alg-entry initial prompt no-norm
34314 Read an algebraic formula or formulas using the minibuffer.  All
34315 conventions of regular algebraic entry are observed.  The return value
34316 is a list of Calc formulas; there will be more than one if the user
34317 entered a list of values separated by commas.  The result is @code{nil}
34318 if the user presses Return with a blank line.  If @var{initial} is
34319 given, it is a string which the minibuffer will initially contain.
34320 If @var{prompt} is given, it is the prompt string to use; the default
34321 is ``Algebraic:''.  If @var{no-norm} is @code{t}, the formulas will
34322 be returned exactly as parsed; otherwise, they will be passed through
34323 @code{calc-normalize} first.
34325 To support the use of @kbd{$} characters in the algebraic entry, use
34326 @code{let} to bind @code{calc-dollar-values} to a list of the values
34327 to be substituted for @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on, and bind
34328 @code{calc-dollar-used} to 0.  Upon return, @code{calc-dollar-used}
34329 will have been changed to the highest number of consecutive @kbd{$}s
34330 that actually appeared in the input.
34331 @end defun
34333 @defun format-number a
34334 Convert the real or complex number or HMS form @var{a} to string form.
34335 @end defun
34337 @defun format-flat-expr a prec
34338 Convert the arbitrary Calc number or formula @var{a} to string form,
34339 in the style used by the trail buffer and the @code{calc-edit} command.
34340 This is a simple format designed
34341 mostly to guarantee the string is of a form that can be re-parsed by
34342 @code{read-expr}.  Most formatting modes, such as digit grouping,
34343 complex number format, and point character, are ignored to ensure the
34344 result will be re-readable.  The @var{prec} parameter is normally 0; if
34345 you pass a large integer like 1000 instead, the expression will be
34346 surrounded by parentheses unless it is a plain number or variable name.
34347 @end defun
34349 @defun format-nice-expr a width
34350 This is like @code{format-flat-expr} (with @var{prec} equal to 0),
34351 except that newlines will be inserted to keep lines down to the
34352 specified @var{width}, and vectors that look like matrices or rewrite
34353 rules are written in a pseudo-matrix format.  The @code{calc-edit}
34354 command uses this when only one stack entry is being edited.
34355 @end defun
34357 @defun format-value a width
34358 Convert the Calc number or formula @var{a} to string form, using the
34359 format seen in the stack buffer.  Beware the string returned may
34360 not be re-readable by @code{read-expr}, for example, because of digit
34361 grouping.  Multi-line objects like matrices produce strings that
34362 contain newline characters to separate the lines.  The @var{w}
34363 parameter, if given, is the target window size for which to format
34364 the expressions.  If @var{w} is omitted, the width of the Calculator
34365 window is used.
34366 @end defun
34368 @defun compose-expr a prec
34369 Format the Calc number or formula @var{a} according to the current
34370 language mode, returning a ``composition.''  To learn about the
34371 structure of compositions, see the comments in the Calc source code.
34372 You can specify the format of a given type of function call by putting
34373 a @code{math-compose-@var{lang}} property on the function's symbol,
34374 whose value is a Lisp function that takes @var{a} and @var{prec} as
34375 arguments and returns a composition.  Here @var{lang} is a language
34376 mode name, one of @code{normal}, @code{big}, @code{c}, @code{pascal},
34377 @code{fortran}, @code{tex}, @code{eqn}, @code{math}, or @code{maple}.
34378 In Big mode, Calc actually tries @code{math-compose-big} first, then
34379 tries @code{math-compose-normal}.  If this property does not exist,
34380 or if the function returns @code{nil}, the function is written in the
34381 normal function-call notation for that language.
34382 @end defun
34384 @defun composition-to-string c w
34385 Convert a composition structure returned by @code{compose-expr} into
34386 a string.  Multi-line compositions convert to strings containing
34387 newline characters.  The target window size is given by @var{w}.
34388 The @code{format-value} function basically calls @code{compose-expr}
34389 followed by @code{composition-to-string}.
34390 @end defun
34392 @defun comp-width c
34393 Compute the width in characters of composition @var{c}.
34394 @end defun
34396 @defun comp-height c
34397 Compute the height in lines of composition @var{c}.
34398 @end defun
34400 @defun comp-ascent c
34401 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is on or
34402 above the baseline.  For a one-line composition, this will be one.
34403 @end defun
34405 @defun comp-descent c
34406 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is below
34407 the baseline.  For a one-line composition, this will be zero.
34408 @end defun
34410 @defun comp-first-char c
34411 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the first
34412 (leftmost) character of the composition as an integer.  Otherwise,
34413 return @code{nil}.
34414 @end defun
34416 @defun comp-last-char c
34417 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the last
34418 (rightmost) character, otherwise return @code{nil}.
34419 @end defun
34421 @comment @node Lisp Variables, Hooks, Formatting Lisp Functions, Internals
34422 @comment @subsubsection Lisp Variables
34423 @comment
34424 @comment @noindent
34425 @comment (This section is currently unfinished.)
34427 @node Hooks, , Formatting Lisp Functions, Internals
34428 @subsubsection Hooks
34430 @noindent
34431 Hooks are variables which contain Lisp functions (or lists of functions)
34432 which are called at various times.  Calc defines a number of hooks
34433 that help you to customize it in various ways.  Calc uses the Lisp
34434 function @code{run-hooks} to invoke the hooks shown below.  Several
34435 other customization-related variables are also described here.
34437 @defvar calc-load-hook
34438 This hook is called at the end of @file{calc.el}, after the file has
34439 been loaded, before any functions in it have been called, but after
34440 @code{calc-mode-map} and similar variables have been set up.
34441 @end defvar
34443 @defvar calc-ext-load-hook
34444 This hook is called at the end of @file{calc-ext.el}.
34445 @end defvar
34447 @defvar calc-start-hook
34448 This hook is called as the last step in a @kbd{M-x calc} command.
34449 At this point, the Calc buffer has been created and initialized if
34450 necessary, the Calc window and trail window have been created,
34451 and the ``Welcome to Calc'' message has been displayed.
34452 @end defvar
34454 @defvar calc-mode-hook
34455 This hook is called when the Calc buffer is being created.  Usually
34456 this will only happen once per Emacs session.  The hook is called
34457 after Emacs has switched to the new buffer, the mode-settings file
34458 has been read if necessary, and all other buffer-local variables
34459 have been set up.  After this hook returns, Calc will perform a
34460 @code{calc-refresh} operation, set up the mode line display, then
34461 evaluate any deferred @code{calc-define} properties that have not
34462 been evaluated yet.
34463 @end defvar
34465 @defvar calc-trail-mode-hook
34466 This hook is called when the Calc Trail buffer is being created.
34467 It is called as the very last step of setting up the Trail buffer.
34468 Like @code{calc-mode-hook}, this will normally happen only once
34469 per Emacs session.
34470 @end defvar
34472 @defvar calc-end-hook
34473 This hook is called by @code{calc-quit}, generally because the user
34474 presses @kbd{q} or @kbd{M-# c} while in Calc.  The Calc buffer will
34475 be the current buffer.  The hook is called as the very first
34476 step, before the Calc window is destroyed.
34477 @end defvar
34479 @defvar calc-window-hook
34480 If this hook exists, it is called to create the Calc window.
34481 Upon return, this new Calc window should be the current window.
34482 (The Calc buffer will already be the current buffer when the
34483 hook is called.)  If the hook is not defined, Calc will
34484 generally use @code{split-window}, @code{set-window-buffer},
34485 and @code{select-window} to create the Calc window.
34486 @end defvar
34488 @defvar calc-trail-window-hook
34489 If this hook exists, it is called to create the Calc Trail window.
34490 The variable @code{calc-trail-buffer} will contain the buffer
34491 which the window should use.  Unlike @code{calc-window-hook},
34492 this hook must @emph{not} switch into the new window.
34493 @end defvar
34495 @defvar calc-edit-mode-hook
34496 This hook is called by @code{calc-edit} (and the other ``edit''
34497 commands) when the temporary editing buffer is being created.
34498 The buffer will have been selected and set up to be in
34499 @code{calc-edit-mode}, but will not yet have been filled with
34500 text.  (In fact it may still have leftover text from a previous
34501 @code{calc-edit} command.)
34502 @end defvar
34504 @defvar calc-mode-save-hook
34505 This hook is called by the @code{calc-save-modes} command,
34506 after Calc's own mode features have been inserted into the
34507 Calc init file and just before the ``End of mode settings''
34508 message is inserted.
34509 @end defvar
34511 @defvar calc-reset-hook
34512 This hook is called after @kbd{M-# 0} (@code{calc-reset}) has
34513 reset all modes.  The Calc buffer will be the current buffer.
34514 @end defvar
34516 @defvar calc-other-modes
34517 This variable contains a list of strings.  The strings are
34518 concatenated at the end of the modes portion of the Calc
34519 mode line (after standard modes such as ``Deg'', ``Inv'' and
34520 ``Hyp'').  Each string should be a short, single word followed
34521 by a space.  The variable is @code{nil} by default.
34522 @end defvar
34524 @defvar calc-mode-map
34525 This is the keymap that is used by Calc mode.  The best time
34526 to adjust it is probably in a @code{calc-mode-hook}.  If the
34527 Calc extensions package (@file{calc-ext.el}) has not yet been
34528 loaded, many of these keys will be bound to @code{calc-missing-key},
34529 which is a command that loads the extensions package and
34530 ``retypes'' the key.  If your @code{calc-mode-hook} rebinds
34531 one of these keys, it will probably be overridden when the
34532 extensions are loaded.
34533 @end defvar
34535 @defvar calc-digit-map
34536 This is the keymap that is used during numeric entry.  Numeric
34537 entry uses the minibuffer, but this map binds every non-numeric
34538 key to @code{calcDigit-nondigit} which generally calls
34539 @code{exit-minibuffer} and ``retypes'' the key.
34540 @end defvar
34542 @defvar calc-alg-ent-map
34543 This is the keymap that is used during algebraic entry.  This is
34544 mostly a copy of @code{minibuffer-local-map}.
34545 @end defvar
34547 @defvar calc-store-var-map
34548 This is the keymap that is used during entry of variable names for
34549 commands like @code{calc-store} and @code{calc-recall}.  This is
34550 mostly a copy of @code{minibuffer-local-completion-map}.
34551 @end defvar
34553 @defvar calc-edit-mode-map
34554 This is the (sparse) keymap used by @code{calc-edit} and other
34555 temporary editing commands.  It binds @key{RET}, @key{LFD},
34556 and @kbd{C-c C-c} to @code{calc-edit-finish}.
34557 @end defvar
34559 @defvar calc-mode-var-list
34560 This is a list of variables which are saved by @code{calc-save-modes}.
34561 Each entry is a list of two items, the variable (as a Lisp symbol)
34562 and its default value.  When modes are being saved, each variable
34563 is compared with its default value (using @code{equal}) and any
34564 non-default variables are written out.
34565 @end defvar
34567 @defvar calc-local-var-list
34568 This is a list of variables which should be buffer-local to the
34569 Calc buffer.  Each entry is a variable name (as a Lisp symbol).
34570 These variables also have their default values manipulated by
34571 the @code{calc} and @code{calc-quit} commands; @pxref{Multiple Calculators}.
34572 Since @code{calc-mode-hook} is called after this list has been
34573 used the first time, your hook should add a variable to the
34574 list and also call @code{make-local-variable} itself.
34575 @end defvar
34577 @node Installation, Reporting Bugs, Programming, Top
34578 @appendix Installation
34580 @noindent
34581 As of Calc 2.02g, Calc is integrated with GNU Emacs, and thus requires
34582 no separate installation of its Lisp files and this manual.
34584 @appendixsec The GNUPLOT Program
34586 @noindent
34587 Calc's graphing commands use the GNUPLOT program.  If you have GNUPLOT
34588 but you must type some command other than @file{gnuplot} to get it,
34589 you should add a command to set the Lisp variable @code{calc-gnuplot-name}
34590 to the appropriate file name.  You may also need to change the variables
34591 @code{calc-gnuplot-plot-command} and @code{calc-gnuplot-print-command} in
34592 order to get correct displays and hardcopies, respectively, of your
34593 plots.
34595 @ifinfo
34596 @example
34598 @end example
34599 @end ifinfo
34600 @appendixsec Printed Documentation
34602 @noindent
34603 Because the Calc manual is so large, you should only make a printed
34604 copy if you really need it.  To print the manual, you will need the
34605 @TeX{} typesetting program (this is a free program by Donald Knuth
34606 at Stanford University) as well as the @file{texindex} program and
34607 @file{texinfo.tex} file, both of which can be obtained from the FSF
34608 as part of the @code{texinfo} package.
34610 To print the Calc manual in one huge 470 page tome, you will need the
34611 source code to this manual, @file{calc.texi}, available as part of the
34612 Emacs source.  Once you have this file, type @kbd{texi2dvi calc.texi}.
34613 Alternatively, change to the @file{man} subdirectory of the Emacs
34614 source distribution, and type @kbd{make calc.dvi}. (Don't worry if you
34615 get some ``overfull box'' warnings while @TeX{} runs.)
34617 The result will be a device-independent output file called
34618 @file{calc.dvi}, which you must print in whatever way is right
34619 for your system.  On many systems, the command is
34621 @example
34622 lpr -d calc.dvi
34623 @end example
34625 @noindent
34628 @example
34629 dvips calc.dvi
34630 @end example
34632 @c the bumpoddpages macro was deleted
34633 @ignore
34634 @cindex Marginal notes, adjusting
34635 Marginal notes for each function and key sequence normally alternate
34636 between the left and right sides of the page, which is correct if the
34637 manual is going to be bound as double-sided pages.  Near the top of
34638 the file @file{calc.texi} you will find alternate definitions of
34639 the @code{\bumpoddpages} macro that put the marginal notes always on
34640 the same side, best if you plan to be binding single-sided pages.
34641 @end ignore
34643 @appendixsec Settings File
34645 @noindent
34646 @vindex calc-settings-file
34647 Another variable you might want to set is @code{calc-settings-file},
34648 which holds the file name in which commands like @kbd{m m} and @kbd{Z P}
34649 store ``permanent'' definitions.  The default value for this variable
34650 is @code{"~/.calc.el"}.  If @code{calc-settings-file} is not your user
34651 init file (typically @file{~/.emacs}) and if the variable
34652 @code{calc-loaded-settings-file} is @code{nil}, then Calc will
34653 automatically load your settings file (if it exists) the first time
34654 Calc is invoked.
34656 @ifinfo
34657 @example
34659 @end example
34660 @end ifinfo
34661 @appendixsec Testing the Installation
34663 @noindent
34664 To test your installation of Calc, start a new Emacs and type @kbd{M-# c}
34665 to make sure the autoloads and key bindings work.  Type @kbd{M-# i}
34666 to make sure Calc can find its Info documentation.  Press @kbd{q} to
34667 exit the Info system and @kbd{M-# c} to re-enter the Calculator.
34668 Type @kbd{20 S} to compute the sine of 20 degrees; this will test the
34669 autoloading of the extensions modules.  The result should be
34670 0.342020143326.  Finally, press @kbd{M-# c} again to make sure the
34671 Calculator can exit.
34673 You may also wish to test the GNUPLOT interface; to plot a sine wave,
34674 type @kbd{' [0 ..@: 360], sin(x) @key{RET} g f}.  Type @kbd{g q} when you
34675 are done viewing the plot.
34677 Calc is now ready to use.  If you wish to go through the Calc Tutorial,
34678 press @kbd{M-# t} to begin.
34679 @example
34681 @end example
34682 @node Reporting Bugs, Summary, Installation, Top
34683 @appendix Reporting Bugs
34685 @noindent
34686 If you find a bug in Calc, send e-mail to Jay Belanger,
34688 @example
34689 belanger@@truman.edu
34690 @end example
34692 @noindent
34693 (In the following text, ``I'' refers to the original Calc author, Dave
34694 Gillespie).
34696 While I cannot guarantee that I will have time to work on your bug,
34697 I do try to fix bugs quickly whenever I can.
34699 The latest version of Calc is available from Savannah, in the Emacs
34700 CVS tree.  See @uref{http://savannah.gnu.org/projects/emacs}.
34702 There is an automatic command @kbd{M-x report-calc-bug} which helps
34703 you to report bugs.  This command prompts you for a brief subject
34704 line, then leaves you in a mail editing buffer.  Type @kbd{C-c C-c} to
34705 send your mail.  Make sure your subject line indicates that you are
34706 reporting a Calc bug; this command sends mail to the maintainer's
34707 regular mailbox.
34709 If you have suggestions for additional features for Calc, I would
34710 love to hear them.  Some have dared to suggest that Calc is already
34711 top-heavy with features; I really don't see what they're talking
34712 about, so, if you have ideas, send them right in.  (I may even have
34713 time to implement them!)
34715 At the front of the source file, @file{calc.el}, is a list of ideas for
34716 future work which I have not had time to do.  If any enthusiastic souls
34717 wish to take it upon themselves to work on these, I would be delighted.
34718 Please let me know if you plan to contribute to Calc so I can coordinate
34719 your efforts with mine and those of others.  I will do my best to help
34720 you in whatever way I can.
34722 @c [summary]
34723 @node Summary, Key Index, Reporting Bugs, Top
34724 @appendix Calc Summary
34726 @noindent
34727 This section includes a complete list of Calc 2.02 keystroke commands.
34728 Each line lists the stack entries used by the command (top-of-stack
34729 last), the keystrokes themselves, the prompts asked by the command,
34730 and the result of the command (also with top-of-stack last).
34731 The result is expressed using the equivalent algebraic function.
34732 Commands which put no results on the stack show the full @kbd{M-x}
34733 command name in that position.  Numbers preceding the result or
34734 command name refer to notes at the end.
34736 Algebraic functions and @kbd{M-x} commands that don't have corresponding
34737 keystrokes are not listed in this summary.
34738 @xref{Command Index}.  @xref{Function Index}.
34740 @iftex
34741 @begingroup
34742 @tex
34743 \vskip-2\baselineskip \null
34744 \gdef\sumrow#1{\sumrowx#1\relax}%
34745 \gdef\sumrowx#1\:#2\:#3\:#4\:#5\:#6\relax{%
34746 \leavevmode%
34747 {\smallfonts
34748 \hbox to5em{\sl\hss#1}%
34749 \hbox to5em{\tt#2\hss}%
34750 \hbox to4em{\sl#3\hss}%
34751 \hbox to5em{\rm\hss#4}%
34752 \thinspace%
34753 {\tt#5}%
34754 {\sl#6}%
34756 \gdef\sumlpar{{\rm(}}%
34757 \gdef\sumrpar{{\rm)}}%
34758 \gdef\sumcomma{{\rm,\thinspace}}%
34759 \gdef\sumexcl{{\rm!}}%
34760 \gdef\sumbreak{\vskip-2.5\baselineskip\goodbreak}%
34761 \gdef\minus#1{{\tt-}}%
34762 @end tex
34763 @let@:=@sumsep
34764 @let@r=@sumrow
34765 @catcode`@(=@active @let(=@sumlpar
34766 @catcode`@)=@active @let)=@sumrpar
34767 @catcode`@,=@active @let,=@sumcomma
34768 @catcode`@!=@active @let!=@sumexcl
34769 @end iftex
34770 @format
34771 @iftex
34772 @advance@baselineskip-2.5pt
34773 @let@c@sumbreak
34774 @end iftex
34775 @r{       @:     M-# a  @:             @:    33  @:calc-embedded-activate@:}
34776 @r{       @:     M-# b  @:             @:        @:calc-big-or-small@:}
34777 @r{       @:     M-# c  @:             @:        @:calc@:}
34778 @r{       @:     M-# d  @:             @:        @:calc-embedded-duplicate@:}
34779 @r{       @:     M-# e  @:             @:    34  @:calc-embedded@:}
34780 @r{       @:     M-# f  @:formula      @:        @:calc-embedded-new-formula@:}
34781 @r{       @:     M-# g  @:             @:    35  @:calc-grab-region@:}
34782 @r{       @:     M-# i  @:             @:        @:calc-info@:}
34783 @r{       @:     M-# j  @:             @:        @:calc-embedded-select@:}
34784 @r{       @:     M-# k  @:             @:        @:calc-keypad@:}
34785 @r{       @:     M-# l  @:             @:        @:calc-load-everything@:}
34786 @r{       @:     M-# m  @:             @:        @:read-kbd-macro@:}
34787 @r{       @:     M-# n  @:             @:     4  @:calc-embedded-next@:}
34788 @r{       @:     M-# o  @:             @:        @:calc-other-window@:}
34789 @r{       @:     M-# p  @:             @:     4  @:calc-embedded-previous@:}
34790 @r{       @:     M-# q  @:formula      @:        @:quick-calc@:}
34791 @r{       @:     M-# r  @:             @:    36  @:calc-grab-rectangle@:}
34792 @r{       @:     M-# s  @:             @:        @:calc-info-summary@:}
34793 @r{       @:     M-# t  @:             @:        @:calc-tutorial@:}
34794 @r{       @:     M-# u  @:             @:        @:calc-embedded-update@:}
34795 @r{       @:     M-# w  @:             @:        @:calc-embedded-word@:}
34796 @r{       @:     M-# x  @:             @:        @:calc-quit@:}
34797 @r{       @:     M-# y  @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
34798 @r{       @:     M-# z  @:             @:        @:calc-user-invocation@:}
34799 @r{       @:     M-# :  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-down@:}
34800 @r{       @:     M-# _  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-across@:}
34801 @r{       @:     M-# `  @:editing      @:    30  @:calc-embedded-edit@:}
34802 @r{       @:     M-# 0  @:(zero)       @:        @:calc-reset@:}
34805 @r{       @:      0-9   @:number       @:        @:@:number}
34806 @r{       @:      .     @:number       @:        @:@:0.number}
34807 @r{       @:      _     @:number       @:        @:-@:number}
34808 @r{       @:      e     @:number       @:        @:@:1e number}
34809 @r{       @:      #     @:number       @:        @:@:current-radix@tfn{#}number}
34810 @r{       @:      P     @:(in number)  @:        @:+/-@:}
34811 @r{       @:      M     @:(in number)  @:        @:mod@:}
34812 @r{       @:      @@ ' " @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
34813 @r{       @:      h m s @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
34816 @r{       @:      '     @:formula      @: 37,46  @:@:formula}
34817 @r{       @:      $     @:formula      @: 37,46  @:$@:formula}
34818 @r{       @:      "     @:string       @: 37,46  @:@:string}
34821 @r{    a b@:      +     @:             @:     2  @:add@:(a,b)  a+b}
34822 @r{    a b@:      -     @:             @:     2  @:sub@:(a,b)  a@minus{}b}
34823 @r{    a b@:      *     @:             @:     2  @:mul@:(a,b)  a b, a*b}
34824 @r{    a b@:      /     @:             @:     2  @:div@:(a,b)  a/b}
34825 @r{    a b@:      ^     @:             @:     2  @:pow@:(a,b)  a^b}
34826 @r{    a b@:    I ^     @:             @:     2  @:nroot@:(a,b)  a^(1/b)}
34827 @r{    a b@:      %     @:             @:     2  @:mod@:(a,b)  a%b}
34828 @r{    a b@:      \     @:             @:     2  @:idiv@:(a,b)  a\b}
34829 @r{    a b@:      :     @:             @:     2  @:fdiv@:(a,b)}
34830 @r{    a b@:      |     @:             @:     2  @:vconcat@:(a,b)  a|b}
34831 @r{    a b@:    I |     @:             @:        @:vconcat@:(b,a)  b|a}
34832 @r{    a b@:    H |     @:             @:     2  @:append@:(a,b)}
34833 @r{    a b@:  I H |     @:             @:        @:append@:(b,a)}
34834 @r{      a@:      &     @:             @:     1  @:inv@:(a)  1/a}
34835 @r{      a@:      !     @:             @:     1  @:fact@:(a)  a!}
34836 @r{      a@:      =     @:             @:     1  @:evalv@:(a)}
34837 @r{      a@:      M-%   @:             @:        @:percent@:(a)  a%}
34840 @r{  ... a@:      @key{RET}   @:             @:     1  @:@:... a a}
34841 @r{  ... a@:      @key{SPC}   @:             @:     1  @:@:... a a}
34842 @r{... a b@:      @key{TAB}   @:             @:     3  @:@:... b a}
34843 @r{. a b c@:      M-@key{TAB} @:             @:     3  @:@:... b c a}
34844 @r{... a b@:      @key{LFD}   @:             @:     1  @:@:... a b a}
34845 @r{  ... a@:      @key{DEL}   @:             @:     1  @:@:...}
34846 @r{... a b@:      M-@key{DEL} @:             @:     1  @:@:... b}
34847 @r{       @:      M-@key{RET} @:             @:     4  @:calc-last-args@:}
34848 @r{      a@:      `     @:editing      @:  1,30  @:calc-edit@:}
34851 @r{  ... a@:      C-d   @:             @:     1  @:@:...}
34852 @r{       @:      C-k   @:             @:    27  @:calc-kill@:}
34853 @r{       @:      C-w   @:             @:    27  @:calc-kill-region@:}
34854 @r{       @:      C-y   @:             @:        @:calc-yank@:}
34855 @r{       @:      C-_   @:             @:     4  @:calc-undo@:}
34856 @r{       @:      M-k   @:             @:    27  @:calc-copy-as-kill@:}
34857 @r{       @:      M-w   @:             @:    27  @:calc-copy-region-as-kill@:}
34860 @r{       @:      [     @:             @:        @:@:[...}
34861 @r{[.. a b@:      ]     @:             @:        @:@:[a,b]}
34862 @r{       @:      (     @:             @:        @:@:(...}
34863 @r{(.. a b@:      )     @:             @:        @:@:(a,b)}
34864 @r{       @:      ,     @:             @:        @:@:vector or rect complex}
34865 @r{       @:      ;     @:             @:        @:@:matrix or polar complex}
34866 @r{       @:      ..    @:             @:        @:@:interval}
34869 @r{       @:      ~     @:             @:        @:calc-num-prefix@:}
34870 @r{       @:      <     @:             @:     4  @:calc-scroll-left@:}
34871 @r{       @:      >     @:             @:     4  @:calc-scroll-right@:}
34872 @r{       @:      @{     @:             @:     4  @:calc-scroll-down@:}
34873 @r{       @:      @}     @:             @:     4  @:calc-scroll-up@:}
34874 @r{       @:      ?     @:             @:        @:calc-help@:}
34877 @r{      a@:      n     @:             @:     1  @:neg@:(a)  @minus{}a}
34878 @r{       @:      o     @:             @:     4  @:calc-realign@:}
34879 @r{       @:      p     @:precision    @:    31  @:calc-precision@:}
34880 @r{       @:      q     @:             @:        @:calc-quit@:}
34881 @r{       @:      w     @:             @:        @:calc-why@:}
34882 @r{       @:      x     @:command      @:        @:M-x calc-@:command}
34883 @r{      a@:      y     @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
34886 @r{      a@:      A     @:             @:     1  @:abs@:(a)}
34887 @r{    a b@:      B     @:             @:     2  @:log@:(a,b)}
34888 @r{    a b@:    I B     @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
34889 @r{      a@:      C     @:             @:     1  @:cos@:(a)}
34890 @r{      a@:    I C     @:             @:     1  @:arccos@:(a)}
34891 @r{      a@:    H C     @:             @:     1  @:cosh@:(a)}
34892 @r{      a@:  I H C     @:             @:     1  @:arccosh@:(a)}
34893 @r{       @:      D     @:             @:     4  @:calc-redo@:}
34894 @r{      a@:      E     @:             @:     1  @:exp@:(a)}
34895 @r{      a@:    H E     @:             @:     1  @:exp10@:(a)  10.^a}
34896 @r{      a@:      F     @:             @:  1,11  @:floor@:(a,d)}
34897 @r{      a@:    I F     @:             @:  1,11  @:ceil@:(a,d)}
34898 @r{      a@:    H F     @:             @:  1,11  @:ffloor@:(a,d)}
34899 @r{      a@:  I H F     @:             @:  1,11  @:fceil@:(a,d)}
34900 @r{      a@:      G     @:             @:     1  @:arg@:(a)}
34901 @r{       @:      H     @:command      @:    32  @:@:Hyperbolic}
34902 @r{       @:      I     @:command      @:    32  @:@:Inverse}
34903 @r{      a@:      J     @:             @:     1  @:conj@:(a)}
34904 @r{       @:      K     @:command      @:    32  @:@:Keep-args}
34905 @r{      a@:      L     @:             @:     1  @:ln@:(a)}
34906 @r{      a@:    H L     @:             @:     1  @:log10@:(a)}
34907 @r{       @:      M     @:             @:        @:calc-more-recursion-depth@:}
34908 @r{       @:    I M     @:             @:        @:calc-less-recursion-depth@:}
34909 @r{      a@:      N     @:             @:     5  @:evalvn@:(a)}
34910 @r{       @:      P     @:             @:        @:@:pi}
34911 @r{       @:    I P     @:             @:        @:@:gamma}
34912 @r{       @:    H P     @:             @:        @:@:e}
34913 @r{       @:  I H P     @:             @:        @:@:phi}
34914 @r{      a@:      Q     @:             @:     1  @:sqrt@:(a)}
34915 @r{      a@:    I Q     @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
34916 @r{      a@:      R     @:             @:  1,11  @:round@:(a,d)}
34917 @r{      a@:    I R     @:             @:  1,11  @:trunc@:(a,d)}
34918 @r{      a@:    H R     @:             @:  1,11  @:fround@:(a,d)}
34919 @r{      a@:  I H R     @:             @:  1,11  @:ftrunc@:(a,d)}
34920 @r{      a@:      S     @:             @:     1  @:sin@:(a)}
34921 @r{      a@:    I S     @:             @:     1  @:arcsin@:(a)}
34922 @r{      a@:    H S     @:             @:     1  @:sinh@:(a)}
34923 @r{      a@:  I H S     @:             @:     1  @:arcsinh@:(a)}
34924 @r{      a@:      T     @:             @:     1  @:tan@:(a)}
34925 @r{      a@:    I T     @:             @:     1  @:arctan@:(a)}
34926 @r{      a@:    H T     @:             @:     1  @:tanh@:(a)}
34927 @r{      a@:  I H T     @:             @:     1  @:arctanh@:(a)}
34928 @r{       @:      U     @:             @:     4  @:calc-undo@:}
34929 @r{       @:      X     @:             @:     4  @:calc-call-last-kbd-macro@:}
34932 @r{    a b@:      a =   @:             @:     2  @:eq@:(a,b)  a=b}
34933 @r{    a b@:      a #   @:             @:     2  @:neq@:(a,b)  a!=b}
34934 @r{    a b@:      a <   @:             @:     2  @:lt@:(a,b)  a<b}
34935 @r{    a b@:      a >   @:             @:     2  @:gt@:(a,b)  a>b}
34936 @r{    a b@:      a [   @:             @:     2  @:leq@:(a,b)  a<=b}
34937 @r{    a b@:      a ]   @:             @:     2  @:geq@:(a,b)  a>=b}
34938 @r{    a b@:      a @{   @:             @:     2  @:in@:(a,b)}
34939 @r{    a b@:      a &   @:             @:  2,45  @:land@:(a,b)  a&&b}
34940 @r{    a b@:      a |   @:             @:  2,45  @:lor@:(a,b)  a||b}
34941 @r{      a@:      a !   @:             @:  1,45  @:lnot@:(a)  !a}
34942 @r{  a b c@:      a :   @:             @:    45  @:if@:(a,b,c)  a?b:c}
34943 @r{      a@:      a .   @:             @:     1  @:rmeq@:(a)}
34944 @r{      a@:      a "   @:             @:   7,8  @:calc-expand-formula@:}
34947 @r{      a@:      a +   @:i, l, h      @:  6,38  @:sum@:(a,i,l,h)}
34948 @r{      a@:      a -   @:i, l, h      @:  6,38  @:asum@:(a,i,l,h)}
34949 @r{      a@:      a *   @:i, l, h      @:  6,38  @:prod@:(a,i,l,h)}
34950 @r{    a b@:      a _   @:             @:     2  @:subscr@:(a,b)  a_b}
34953 @r{    a b@:      a \   @:             @:     2  @:pdiv@:(a,b)}
34954 @r{    a b@:      a %   @:             @:     2  @:prem@:(a,b)}
34955 @r{    a b@:      a /   @:             @:     2  @:pdivrem@:(a,b)  [q,r]}
34956 @r{    a b@:    H a /   @:             @:     2  @:pdivide@:(a,b)  q+r/b}
34959 @r{      a@:      a a   @:             @:     1  @:apart@:(a)}
34960 @r{      a@:      a b   @:old, new     @:    38  @:subst@:(a,old,new)}
34961 @r{      a@:      a c   @:v            @:    38  @:collect@:(a,v)}
34962 @r{      a@:      a d   @:v            @:  4,38  @:deriv@:(a,v)}
34963 @r{      a@:    H a d   @:v            @:  4,38  @:tderiv@:(a,v)}
34964 @r{      a@:      a e   @:             @:        @:esimplify@:(a)}
34965 @r{      a@:      a f   @:             @:     1  @:factor@:(a)}
34966 @r{      a@:    H a f   @:             @:     1  @:factors@:(a)}
34967 @r{    a b@:      a g   @:             @:     2  @:pgcd@:(a,b)}
34968 @r{      a@:      a i   @:v            @:    38  @:integ@:(a,v)}
34969 @r{      a@:      a m   @:pats         @:    38  @:match@:(a,pats)}
34970 @r{      a@:    I a m   @:pats         @:    38  @:matchnot@:(a,pats)}
34971 @r{ data x@:      a p   @:             @:    28  @:polint@:(data,x)}
34972 @r{ data x@:    H a p   @:             @:    28  @:ratint@:(data,x)}
34973 @r{      a@:      a n   @:             @:     1  @:nrat@:(a)}
34974 @r{      a@:      a r   @:rules        @:4,8,38  @:rewrite@:(a,rules,n)}
34975 @r{      a@:      a s   @:             @:        @:simplify@:(a)}
34976 @r{      a@:      a t   @:v, n         @: 31,39  @:taylor@:(a,v,n)}
34977 @r{      a@:      a v   @:             @:   7,8  @:calc-alg-evaluate@:}
34978 @r{      a@:      a x   @:             @:   4,8  @:expand@:(a)}
34981 @r{   data@:      a F   @:model, vars  @:    48  @:fit@:(m,iv,pv,data)}
34982 @r{   data@:    I a F   @:model, vars  @:    48  @:xfit@:(m,iv,pv,data)}
34983 @r{   data@:    H a F   @:model, vars  @:    48  @:efit@:(m,iv,pv,data)}
34984 @r{      a@:      a I   @:v, l, h      @:    38  @:ninteg@:(a,v,l,h)}
34985 @r{    a b@:      a M   @:op           @:    22  @:mapeq@:(op,a,b)}
34986 @r{    a b@:    I a M   @:op           @:    22  @:mapeqr@:(op,a,b)}
34987 @r{    a b@:    H a M   @:op           @:    22  @:mapeqp@:(op,a,b)}
34988 @r{    a g@:      a N   @:v            @:    38  @:minimize@:(a,v,g)}
34989 @r{    a g@:    H a N   @:v            @:    38  @:wminimize@:(a,v,g)}
34990 @r{      a@:      a P   @:v            @:    38  @:roots@:(a,v)}
34991 @r{    a g@:      a R   @:v            @:    38  @:root@:(a,v,g)}
34992 @r{    a g@:    H a R   @:v            @:    38  @:wroot@:(a,v,g)}
34993 @r{      a@:      a S   @:v            @:    38  @:solve@:(a,v)}
34994 @r{      a@:    I a S   @:v            @:    38  @:finv@:(a,v)}
34995 @r{      a@:    H a S   @:v            @:    38  @:fsolve@:(a,v)}
34996 @r{      a@:  I H a S   @:v            @:    38  @:ffinv@:(a,v)}
34997 @r{      a@:      a T   @:i, l, h      @:  6,38  @:table@:(a,i,l,h)}
34998 @r{    a g@:      a X   @:v            @:    38  @:maximize@:(a,v,g)}
34999 @r{    a g@:    H a X   @:v            @:    38  @:wmaximize@:(a,v,g)}
35002 @r{    a b@:      b a   @:             @:     9  @:and@:(a,b,w)}
35003 @r{      a@:      b c   @:             @:     9  @:clip@:(a,w)}
35004 @r{    a b@:      b d   @:             @:     9  @:diff@:(a,b,w)}
35005 @r{      a@:      b l   @:             @:    10  @:lsh@:(a,n,w)}
35006 @r{    a n@:    H b l   @:             @:     9  @:lsh@:(a,n,w)}
35007 @r{      a@:      b n   @:             @:     9  @:not@:(a,w)}
35008 @r{    a b@:      b o   @:             @:     9  @:or@:(a,b,w)}
35009 @r{      v@:      b p   @:             @:     1  @:vpack@:(v)}
35010 @r{      a@:      b r   @:             @:    10  @:rsh@:(a,n,w)}
35011 @r{    a n@:    H b r   @:             @:     9  @:rsh@:(a,n,w)}
35012 @r{      a@:      b t   @:             @:    10  @:rot@:(a,n,w)}
35013 @r{    a n@:    H b t   @:             @:     9  @:rot@:(a,n,w)}
35014 @r{      a@:      b u   @:             @:     1  @:vunpack@:(a)}
35015 @r{       @:      b w   @:w            @:  9,50  @:calc-word-size@:}
35016 @r{    a b@:      b x   @:             @:     9  @:xor@:(a,b,w)}
35019 @r{c s l p@:      b D   @:             @:        @:ddb@:(c,s,l,p)}
35020 @r{  r n p@:      b F   @:             @:        @:fv@:(r,n,p)}
35021 @r{  r n p@:    I b F   @:             @:        @:fvb@:(r,n,p)}
35022 @r{  r n p@:    H b F   @:             @:        @:fvl@:(r,n,p)}
35023 @r{      v@:      b I   @:             @:    19  @:irr@:(v)}
35024 @r{      v@:    I b I   @:             @:    19  @:irrb@:(v)}
35025 @r{      a@:      b L   @:             @:    10  @:ash@:(a,n,w)}
35026 @r{    a n@:    H b L   @:             @:     9  @:ash@:(a,n,w)}
35027 @r{  r n a@:      b M   @:             @:        @:pmt@:(r,n,a)}
35028 @r{  r n a@:    I b M   @:             @:        @:pmtb@:(r,n,a)}
35029 @r{  r n a@:    H b M   @:             @:        @:pmtl@:(r,n,a)}
35030 @r{    r v@:      b N   @:             @:    19  @:npv@:(r,v)}
35031 @r{    r v@:    I b N   @:             @:    19  @:npvb@:(r,v)}
35032 @r{  r n p@:      b P   @:             @:        @:pv@:(r,n,p)}
35033 @r{  r n p@:    I b P   @:             @:        @:pvb@:(r,n,p)}
35034 @r{  r n p@:    H b P   @:             @:        @:pvl@:(r,n,p)}
35035 @r{      a@:      b R   @:             @:    10  @:rash@:(a,n,w)}
35036 @r{    a n@:    H b R   @:             @:     9  @:rash@:(a,n,w)}
35037 @r{  c s l@:      b S   @:             @:        @:sln@:(c,s,l)}
35038 @r{  n p a@:      b T   @:             @:        @:rate@:(n,p,a)}
35039 @r{  n p a@:    I b T   @:             @:        @:rateb@:(n,p,a)}
35040 @r{  n p a@:    H b T   @:             @:        @:ratel@:(n,p,a)}
35041 @r{c s l p@:      b Y   @:             @:        @:syd@:(c,s,l,p)}
35043 @r{  r p a@:      b #   @:             @:        @:nper@:(r,p,a)}
35044 @r{  r p a@:    I b #   @:             @:        @:nperb@:(r,p,a)}
35045 @r{  r p a@:    H b #   @:             @:        @:nperl@:(r,p,a)}
35046 @r{    a b@:      b %   @:             @:        @:relch@:(a,b)}
35049 @r{      a@:      c c   @:             @:     5  @:pclean@:(a,p)}
35050 @r{      a@:      c 0-9 @:             @:        @:pclean@:(a,p)}
35051 @r{      a@:    H c c   @:             @:     5  @:clean@:(a,p)}
35052 @r{      a@:    H c 0-9 @:             @:        @:clean@:(a,p)}
35053 @r{      a@:      c d   @:             @:     1  @:deg@:(a)}
35054 @r{      a@:      c f   @:             @:     1  @:pfloat@:(a)}
35055 @r{      a@:    H c f   @:             @:     1  @:float@:(a)}
35056 @r{      a@:      c h   @:             @:     1  @:hms@:(a)}
35057 @r{      a@:      c p   @:             @:        @:polar@:(a)}
35058 @r{      a@:    I c p   @:             @:        @:rect@:(a)}
35059 @r{      a@:      c r   @:             @:     1  @:rad@:(a)}
35062 @r{      a@:      c F   @:             @:     5  @:pfrac@:(a,p)}
35063 @r{      a@:    H c F   @:             @:     5  @:frac@:(a,p)}
35066 @r{      a@:      c %   @:             @:        @:percent@:(a*100)}
35069 @r{       @:      d .   @:char         @:    50  @:calc-point-char@:}
35070 @r{       @:      d ,   @:char         @:    50  @:calc-group-char@:}
35071 @r{       @:      d <   @:             @: 13,50  @:calc-left-justify@:}
35072 @r{       @:      d =   @:             @: 13,50  @:calc-center-justify@:}
35073 @r{       @:      d >   @:             @: 13,50  @:calc-right-justify@:}
35074 @r{       @:      d @{   @:label        @:    50  @:calc-left-label@:}
35075 @r{       @:      d @}   @:label        @:    50  @:calc-right-label@:}
35076 @r{       @:      d [   @:             @:     4  @:calc-truncate-up@:}
35077 @r{       @:      d ]   @:             @:     4  @:calc-truncate-down@:}
35078 @r{       @:      d "   @:             @: 12,50  @:calc-display-strings@:}
35079 @r{       @:      d @key{SPC} @:             @:        @:calc-refresh@:}
35080 @r{       @:      d @key{RET} @:             @:     1  @:calc-refresh-top@:}
35083 @r{       @:      d 0   @:             @:    50  @:calc-decimal-radix@:}
35084 @r{       @:      d 2   @:             @:    50  @:calc-binary-radix@:}
35085 @r{       @:      d 6   @:             @:    50  @:calc-hex-radix@:}
35086 @r{       @:      d 8   @:             @:    50  @:calc-octal-radix@:}
35089 @r{       @:      d b   @:           @:12,13,50  @:calc-line-breaking@:}
35090 @r{       @:      d c   @:             @:    50  @:calc-complex-notation@:}
35091 @r{       @:      d d   @:format       @:    50  @:calc-date-notation@:}
35092 @r{       @:      d e   @:             @:  5,50  @:calc-eng-notation@:}
35093 @r{       @:      d f   @:num          @: 31,50  @:calc-fix-notation@:}
35094 @r{       @:      d g   @:           @:12,13,50  @:calc-group-digits@:}
35095 @r{       @:      d h   @:format       @:    50  @:calc-hms-notation@:}
35096 @r{       @:      d i   @:             @:    50  @:calc-i-notation@:}
35097 @r{       @:      d j   @:             @:    50  @:calc-j-notation@:}
35098 @r{       @:      d l   @:             @: 12,50  @:calc-line-numbering@:}
35099 @r{       @:      d n   @:             @:  5,50  @:calc-normal-notation@:}
35100 @r{       @:      d o   @:format       @:    50  @:calc-over-notation@:}
35101 @r{       @:      d p   @:             @: 12,50  @:calc-show-plain@:}
35102 @r{       @:      d r   @:radix        @: 31,50  @:calc-radix@:}
35103 @r{       @:      d s   @:             @:  5,50  @:calc-sci-notation@:}
35104 @r{       @:      d t   @:             @:    27  @:calc-truncate-stack@:}
35105 @r{       @:      d w   @:             @: 12,13  @:calc-auto-why@:}
35106 @r{       @:      d z   @:             @: 12,50  @:calc-leading-zeros@:}
35109 @r{       @:      d B   @:             @:    50  @:calc-big-language@:}
35110 @r{       @:      d C   @:             @:    50  @:calc-c-language@:}
35111 @r{       @:      d E   @:             @:    50  @:calc-eqn-language@:}
35112 @r{       @:      d F   @:             @:    50  @:calc-fortran-language@:}
35113 @r{       @:      d M   @:             @:    50  @:calc-mathematica-language@:}
35114 @r{       @:      d N   @:             @:    50  @:calc-normal-language@:}
35115 @r{       @:      d O   @:             @:    50  @:calc-flat-language@:}
35116 @r{       @:      d P   @:             @:    50  @:calc-pascal-language@:}
35117 @r{       @:      d T   @:             @:    50  @:calc-tex-language@:}
35118 @r{       @:      d L   @:             @:    50  @:calc-latex-language@:}
35119 @r{       @:      d U   @:             @:    50  @:calc-unformatted-language@:}
35120 @r{       @:      d W   @:             @:    50  @:calc-maple-language@:}
35123 @r{      a@:      f [   @:             @:     4  @:decr@:(a,n)}
35124 @r{      a@:      f ]   @:             @:     4  @:incr@:(a,n)}
35127 @r{    a b@:      f b   @:             @:     2  @:beta@:(a,b)}
35128 @r{      a@:      f e   @:             @:     1  @:erf@:(a)}
35129 @r{      a@:    I f e   @:             @:     1  @:erfc@:(a)}
35130 @r{      a@:      f g   @:             @:     1  @:gamma@:(a)}
35131 @r{    a b@:      f h   @:             @:     2  @:hypot@:(a,b)}
35132 @r{      a@:      f i   @:             @:     1  @:im@:(a)}
35133 @r{    n a@:      f j   @:             @:     2  @:besJ@:(n,a)}
35134 @r{    a b@:      f n   @:             @:     2  @:min@:(a,b)}
35135 @r{      a@:      f r   @:             @:     1  @:re@:(a)}
35136 @r{      a@:      f s   @:             @:     1  @:sign@:(a)}
35137 @r{    a b@:      f x   @:             @:     2  @:max@:(a,b)}
35138 @r{    n a@:      f y   @:             @:     2  @:besY@:(n,a)}
35141 @r{      a@:      f A   @:             @:     1  @:abssqr@:(a)}
35142 @r{  x a b@:      f B   @:             @:        @:betaI@:(x,a,b)}
35143 @r{  x a b@:    H f B   @:             @:        @:betaB@:(x,a,b)}
35144 @r{      a@:      f E   @:             @:     1  @:expm1@:(a)}
35145 @r{    a x@:      f G   @:             @:     2  @:gammaP@:(a,x)}
35146 @r{    a x@:    I f G   @:             @:     2  @:gammaQ@:(a,x)}
35147 @r{    a x@:    H f G   @:             @:     2  @:gammag@:(a,x)}
35148 @r{    a x@:  I H f G   @:             @:     2  @:gammaG@:(a,x)}
35149 @r{    a b@:      f I   @:             @:     2  @:ilog@:(a,b)}
35150 @r{    a b@:    I f I   @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35151 @r{      a@:      f L   @:             @:     1  @:lnp1@:(a)}
35152 @r{      a@:      f M   @:             @:     1  @:mant@:(a)}
35153 @r{      a@:      f Q   @:             @:     1  @:isqrt@:(a)}
35154 @r{      a@:    I f Q   @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35155 @r{    a n@:      f S   @:             @:     2  @:scf@:(a,n)}
35156 @r{    y x@:      f T   @:             @:        @:arctan2@:(y,x)}
35157 @r{      a@:      f X   @:             @:     1  @:xpon@:(a)}
35160 @r{    x y@:      g a   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add@:}
35161 @r{       @:      g b   @:             @:    12  @:calc-graph-border@:}
35162 @r{       @:      g c   @:             @:        @:calc-graph-clear@:}
35163 @r{       @:      g d   @:             @:    41  @:calc-graph-delete@:}
35164 @r{    x y@:      g f   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast@:}
35165 @r{       @:      g g   @:             @:    12  @:calc-graph-grid@:}
35166 @r{       @:      g h   @:title        @:        @:calc-graph-header@:}
35167 @r{       @:      g j   @:             @:     4  @:calc-graph-juggle@:}
35168 @r{       @:      g k   @:             @:    12  @:calc-graph-key@:}
35169 @r{       @:      g l   @:             @:    12  @:calc-graph-log-x@:}
35170 @r{       @:      g n   @:name         @:        @:calc-graph-name@:}
35171 @r{       @:      g p   @:             @:    42  @:calc-graph-plot@:}
35172 @r{       @:      g q   @:             @:        @:calc-graph-quit@:}
35173 @r{       @:      g r   @:range        @:        @:calc-graph-range-x@:}
35174 @r{       @:      g s   @:             @: 12,13  @:calc-graph-line-style@:}
35175 @r{       @:      g t   @:title        @:        @:calc-graph-title-x@:}
35176 @r{       @:      g v   @:             @:        @:calc-graph-view-commands@:}
35177 @r{       @:      g x   @:display      @:        @:calc-graph-display@:}
35178 @r{       @:      g z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-x@:}
35181 @r{  x y z@:      g A   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add-3d@:}
35182 @r{       @:      g C   @:command      @:        @:calc-graph-command@:}
35183 @r{       @:      g D   @:device       @: 43,44  @:calc-graph-device@:}
35184 @r{  x y z@:      g F   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast-3d@:}
35185 @r{       @:      g H   @:             @:    12  @:calc-graph-hide@:}
35186 @r{       @:      g K   @:             @:        @:calc-graph-kill@:}
35187 @r{       @:      g L   @:             @:    12  @:calc-graph-log-y@:}
35188 @r{       @:      g N   @:number       @: 43,51  @:calc-graph-num-points@:}
35189 @r{       @:      g O   @:filename     @: 43,44  @:calc-graph-output@:}
35190 @r{       @:      g P   @:             @:    42  @:calc-graph-print@:}
35191 @r{       @:      g R   @:range        @:        @:calc-graph-range-y@:}
35192 @r{       @:      g S   @:             @: 12,13  @:calc-graph-point-style@:}
35193 @r{       @:      g T   @:title        @:        @:calc-graph-title-y@:}
35194 @r{       @:      g V   @:             @:        @:calc-graph-view-trail@:}
35195 @r{       @:      g X   @:format       @:        @:calc-graph-geometry@:}
35196 @r{       @:      g Z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-y@:}
35199 @r{       @:      g C-l @:             @:    12  @:calc-graph-log-z@:}
35200 @r{       @:      g C-r @:range        @:        @:calc-graph-range-z@:}
35201 @r{       @:      g C-t @:title        @:        @:calc-graph-title-z@:}
35204 @r{       @:      h b   @:             @:        @:calc-describe-bindings@:}
35205 @r{       @:      h c   @:key          @:        @:calc-describe-key-briefly@:}
35206 @r{       @:      h f   @:function     @:        @:calc-describe-function@:}
35207 @r{       @:      h h   @:             @:        @:calc-full-help@:}
35208 @r{       @:      h i   @:             @:        @:calc-info@:}
35209 @r{       @:      h k   @:key          @:        @:calc-describe-key@:}
35210 @r{       @:      h n   @:             @:        @:calc-view-news@:}
35211 @r{       @:      h s   @:             @:        @:calc-info-summary@:}
35212 @r{       @:      h t   @:             @:        @:calc-tutorial@:}
35213 @r{       @:      h v   @:var          @:        @:calc-describe-variable@:}
35216 @r{       @:      j 1-9 @:             @:        @:calc-select-part@:}
35217 @r{       @:      j @key{RET} @:             @:    27  @:calc-copy-selection@:}
35218 @r{       @:      j @key{DEL} @:             @:    27  @:calc-del-selection@:}
35219 @r{       @:      j '   @:formula      @:    27  @:calc-enter-selection@:}
35220 @r{       @:      j `   @:editing      @: 27,30  @:calc-edit-selection@:}
35221 @r{       @:      j "   @:             @:  7,27  @:calc-sel-expand-formula@:}
35224 @r{       @:      j +   @:formula      @:    27  @:calc-sel-add-both-sides@:}
35225 @r{       @:      j -   @:formula      @:    27  @:calc-sel-sub-both-sides@:}
35226 @r{       @:      j *   @:formula      @:    27  @:calc-sel-mul-both-sides@:}
35227 @r{       @:      j /   @:formula      @:    27  @:calc-sel-div-both-sides@:}
35228 @r{       @:      j &   @:             @:    27  @:calc-sel-invert@:}
35231 @r{       @:      j a   @:             @:    27  @:calc-select-additional@:}
35232 @r{       @:      j b   @:             @:    12  @:calc-break-selections@:}
35233 @r{       @:      j c   @:             @:        @:calc-clear-selections@:}
35234 @r{       @:      j d   @:             @: 12,50  @:calc-show-selections@:}
35235 @r{       @:      j e   @:             @:    12  @:calc-enable-selections@:}
35236 @r{       @:      j l   @:             @:  4,27  @:calc-select-less@:}
35237 @r{       @:      j m   @:             @:  4,27  @:calc-select-more@:}
35238 @r{       @:      j n   @:             @:     4  @:calc-select-next@:}
35239 @r{       @:      j o   @:             @:  4,27  @:calc-select-once@:}
35240 @r{       @:      j p   @:             @:     4  @:calc-select-previous@:}
35241 @r{       @:      j r   @:rules        @:4,8,27  @:calc-rewrite-selection@:}
35242 @r{       @:      j s   @:             @:  4,27  @:calc-select-here@:}
35243 @r{       @:      j u   @:             @:    27  @:calc-unselect@:}
35244 @r{       @:      j v   @:             @:  7,27  @:calc-sel-evaluate@:}
35247 @r{       @:      j C   @:             @:    27  @:calc-sel-commute@:}
35248 @r{       @:      j D   @:             @:  4,27  @:calc-sel-distribute@:}
35249 @r{       @:      j E   @:             @:    27  @:calc-sel-jump-equals@:}
35250 @r{       @:      j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@:}
35251 @r{       @:    H j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@: (full)}
35252 @r{       @:      j L   @:             @:  4,27  @:calc-commute-left@:}
35253 @r{       @:      j M   @:             @:    27  @:calc-sel-merge@:}
35254 @r{       @:      j N   @:             @:    27  @:calc-sel-negate@:}
35255 @r{       @:      j O   @:             @:  4,27  @:calc-select-once-maybe@:}
35256 @r{       @:      j R   @:             @:  4,27  @:calc-commute-right@:}
35257 @r{       @:      j S   @:             @:  4,27  @:calc-select-here-maybe@:}
35258 @r{       @:      j U   @:             @:    27  @:calc-sel-unpack@:}
35261 @r{       @:      k a   @:             @:        @:calc-random-again@:}
35262 @r{      n@:      k b   @:             @:     1  @:bern@:(n)}
35263 @r{    n x@:    H k b   @:             @:     2  @:bern@:(n,x)}
35264 @r{    n m@:      k c   @:             @:     2  @:choose@:(n,m)}
35265 @r{    n m@:    H k c   @:             @:     2  @:perm@:(n,m)}
35266 @r{      n@:      k d   @:             @:     1  @:dfact@:(n)  n!!}
35267 @r{      n@:      k e   @:             @:     1  @:euler@:(n)}
35268 @r{    n x@:    H k e   @:             @:     2  @:euler@:(n,x)}
35269 @r{      n@:      k f   @:             @:     4  @:prfac@:(n)}
35270 @r{    n m@:      k g   @:             @:     2  @:gcd@:(n,m)}
35271 @r{    m n@:      k h   @:             @:    14  @:shuffle@:(n,m)}
35272 @r{    n m@:      k l   @:             @:     2  @:lcm@:(n,m)}
35273 @r{      n@:      k m   @:             @:     1  @:moebius@:(n)}
35274 @r{      n@:      k n   @:             @:     4  @:nextprime@:(n)}
35275 @r{      n@:    I k n   @:             @:     4  @:prevprime@:(n)}
35276 @r{      n@:      k p   @:             @:  4,28  @:calc-prime-test@:}
35277 @r{      m@:      k r   @:             @:    14  @:random@:(m)}
35278 @r{    n m@:      k s   @:             @:     2  @:stir1@:(n,m)}
35279 @r{    n m@:    H k s   @:             @:     2  @:stir2@:(n,m)}
35280 @r{      n@:      k t   @:             @:     1  @:totient@:(n)}
35283 @r{  n p x@:      k B   @:             @:        @:utpb@:(x,n,p)}
35284 @r{  n p x@:    I k B   @:             @:        @:ltpb@:(x,n,p)}
35285 @r{    v x@:      k C   @:             @:        @:utpc@:(x,v)}
35286 @r{    v x@:    I k C   @:             @:        @:ltpc@:(x,v)}
35287 @r{    n m@:      k E   @:             @:        @:egcd@:(n,m)}
35288 @r{v1 v2 x@:      k F   @:             @:        @:utpf@:(x,v1,v2)}
35289 @r{v1 v2 x@:    I k F   @:             @:        @:ltpf@:(x,v1,v2)}
35290 @r{  m s x@:      k N   @:             @:        @:utpn@:(x,m,s)}
35291 @r{  m s x@:    I k N   @:             @:        @:ltpn@:(x,m,s)}
35292 @r{    m x@:      k P   @:             @:        @:utpp@:(x,m)}
35293 @r{    m x@:    I k P   @:             @:        @:ltpp@:(x,m)}
35294 @r{    v x@:      k T   @:             @:        @:utpt@:(x,v)}
35295 @r{    v x@:    I k T   @:             @:        @:ltpt@:(x,v)}
35298 @r{       @:      m a   @:             @: 12,13  @:calc-algebraic-mode@:}
35299 @r{       @:      m d   @:             @:        @:calc-degrees-mode@:}
35300 @r{       @:      m f   @:             @:    12  @:calc-frac-mode@:}
35301 @r{       @:      m g   @:             @:    52  @:calc-get-modes@:}
35302 @r{       @:      m h   @:             @:        @:calc-hms-mode@:}
35303 @r{       @:      m i   @:             @: 12,13  @:calc-infinite-mode@:}
35304 @r{       @:      m m   @:             @:        @:calc-save-modes@:}
35305 @r{       @:      m p   @:             @:    12  @:calc-polar-mode@:}
35306 @r{       @:      m r   @:             @:        @:calc-radians-mode@:}
35307 @r{       @:      m s   @:             @:    12  @:calc-symbolic-mode@:}
35308 @r{       @:      m t   @:             @:    12  @:calc-total-algebraic-mode@:}
35309 @r{       @:      m v   @:             @: 12,13  @:calc-matrix-mode@:}
35310 @r{       @:      m w   @:             @:    13  @:calc-working@:}
35311 @r{       @:      m x   @:             @:        @:calc-always-load-extensions@:}
35314 @r{       @:      m A   @:             @:    12  @:calc-alg-simplify-mode@:}
35315 @r{       @:      m B   @:             @:    12  @:calc-bin-simplify-mode@:}
35316 @r{       @:      m C   @:             @:    12  @:calc-auto-recompute@:}
35317 @r{       @:      m D   @:             @:        @:calc-default-simplify-mode@:}
35318 @r{       @:      m E   @:             @:    12  @:calc-ext-simplify-mode@:}
35319 @r{       @:      m F   @:filename     @:    13  @:calc-settings-file-name@:}
35320 @r{       @:      m N   @:             @:    12  @:calc-num-simplify-mode@:}
35321 @r{       @:      m O   @:             @:    12  @:calc-no-simplify-mode@:}
35322 @r{       @:      m R   @:             @: 12,13  @:calc-mode-record-mode@:}
35323 @r{       @:      m S   @:             @:    12  @:calc-shift-prefix@:}
35324 @r{       @:      m U   @:             @:    12  @:calc-units-simplify-mode@:}
35327 @r{       @:      s c   @:var1, var2   @:    29  @:calc-copy-variable@:}
35328 @r{       @:      s d   @:var, decl    @:        @:calc-declare-variable@:}
35329 @r{       @:      s e   @:var, editing @: 29,30  @:calc-edit-variable@:}
35330 @r{       @:      s i   @:buffer       @:        @:calc-insert-variables@:}
35331 @r{    a b@:      s l   @:var          @:    29  @:@:a  (letting var=b)}
35332 @r{  a ...@:      s m   @:op, var      @: 22,29  @:calc-store-map@:}
35333 @r{       @:      s n   @:var          @: 29,47  @:calc-store-neg@:  (v/-1)}
35334 @r{       @:      s p   @:var          @:    29  @:calc-permanent-variable@:}
35335 @r{       @:      s r   @:var          @:    29  @:@:v  (recalled value)}
35336 @r{       @:      r 0-9 @:             @:        @:calc-recall-quick@:}
35337 @r{      a@:      s s   @:var          @: 28,29  @:calc-store@:}
35338 @r{      a@:      s 0-9 @:             @:        @:calc-store-quick@:}
35339 @r{      a@:      s t   @:var          @:    29  @:calc-store-into@:}
35340 @r{      a@:      t 0-9 @:             @:        @:calc-store-into-quick@:}
35341 @r{       @:      s u   @:var          @:    29  @:calc-unstore@:}
35342 @r{      a@:      s x   @:var          @:    29  @:calc-store-exchange@:}
35345 @r{       @:      s A   @:editing      @:    30  @:calc-edit-AlgSimpRules@:}
35346 @r{       @:      s D   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Decls@:}
35347 @r{       @:      s E   @:editing      @:    30  @:calc-edit-EvalRules@:}
35348 @r{       @:      s F   @:editing      @:    30  @:calc-edit-FitRules@:}
35349 @r{       @:      s G   @:editing      @:    30  @:calc-edit-GenCount@:}
35350 @r{       @:      s H   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Holidays@:}
35351 @r{       @:      s I   @:editing      @:    30  @:calc-edit-IntegLimit@:}
35352 @r{       @:      s L   @:editing      @:    30  @:calc-edit-LineStyles@:}
35353 @r{       @:      s P   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PointStyles@:}
35354 @r{       @:      s R   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PlotRejects@:}
35355 @r{       @:      s T   @:editing      @:    30  @:calc-edit-TimeZone@:}
35356 @r{       @:      s U   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Units@:}
35357 @r{       @:      s X   @:editing      @:    30  @:calc-edit-ExtSimpRules@:}
35360 @r{      a@:      s +   @:var          @: 29,47  @:calc-store-plus@:  (v+a)}
35361 @r{      a@:      s -   @:var          @: 29,47  @:calc-store-minus@:  (v-a)}
35362 @r{      a@:      s *   @:var          @: 29,47  @:calc-store-times@:  (v*a)}
35363 @r{      a@:      s /   @:var          @: 29,47  @:calc-store-div@:  (v/a)}
35364 @r{      a@:      s ^   @:var          @: 29,47  @:calc-store-power@:  (v^a)}
35365 @r{      a@:      s |   @:var          @: 29,47  @:calc-store-concat@:  (v|a)}
35366 @r{       @:      s &   @:var          @: 29,47  @:calc-store-inv@:  (v^-1)}
35367 @r{       @:      s [   @:var          @: 29,47  @:calc-store-decr@:  (v-1)}
35368 @r{       @:      s ]   @:var          @: 29,47  @:calc-store-incr@:  (v-(-1))}
35369 @r{    a b@:      s :   @:             @:     2  @:assign@:(a,b)  a @tfn{:=} b}
35370 @r{      a@:      s =   @:             @:     1  @:evalto@:(a,b)  a @tfn{=>}}
35373 @r{       @:      t [   @:             @:     4  @:calc-trail-first@:}
35374 @r{       @:      t ]   @:             @:     4  @:calc-trail-last@:}
35375 @r{       @:      t <   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-left@:}
35376 @r{       @:      t >   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-right@:}
35377 @r{       @:      t .   @:             @:    12  @:calc-full-trail-vectors@:}
35380 @r{       @:      t b   @:             @:     4  @:calc-trail-backward@:}
35381 @r{       @:      t d   @:             @: 12,50  @:calc-trail-display@:}
35382 @r{       @:      t f   @:             @:     4  @:calc-trail-forward@:}
35383 @r{       @:      t h   @:             @:        @:calc-trail-here@:}
35384 @r{       @:      t i   @:             @:        @:calc-trail-in@:}
35385 @r{       @:      t k   @:             @:     4  @:calc-trail-kill@:}
35386 @r{       @:      t m   @:string       @:        @:calc-trail-marker@:}
35387 @r{       @:      t n   @:             @:     4  @:calc-trail-next@:}
35388 @r{       @:      t o   @:             @:        @:calc-trail-out@:}
35389 @r{       @:      t p   @:             @:     4  @:calc-trail-previous@:}
35390 @r{       @:      t r   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-backward@:}
35391 @r{       @:      t s   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-forward@:}
35392 @r{       @:      t y   @:             @:     4  @:calc-trail-yank@:}
35395 @r{      d@:      t C   @:oz, nz       @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35396 @r{d oz nz@:      t C   @:$            @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35397 @r{      d@:      t D   @:             @:    15  @:date@:(d)}
35398 @r{      d@:      t I   @:             @:     4  @:incmonth@:(d,n)}
35399 @r{      d@:      t J   @:             @:    16  @:julian@:(d,z)}
35400 @r{      d@:      t M   @:             @:    17  @:newmonth@:(d,n)}
35401 @r{       @:      t N   @:             @:    16  @:now@:(z)}
35402 @r{      d@:      t P   @:1            @:    31  @:year@:(d)}
35403 @r{      d@:      t P   @:2            @:    31  @:month@:(d)}
35404 @r{      d@:      t P   @:3            @:    31  @:day@:(d)}
35405 @r{      d@:      t P   @:4            @:    31  @:hour@:(d)}
35406 @r{      d@:      t P   @:5            @:    31  @:minute@:(d)}
35407 @r{      d@:      t P   @:6            @:    31  @:second@:(d)}
35408 @r{      d@:      t P   @:7            @:    31  @:weekday@:(d)}
35409 @r{      d@:      t P   @:8            @:    31  @:yearday@:(d)}
35410 @r{      d@:      t P   @:9            @:    31  @:time@:(d)}
35411 @r{      d@:      t U   @:             @:    16  @:unixtime@:(d,z)}
35412 @r{      d@:      t W   @:             @:    17  @:newweek@:(d,w)}
35413 @r{      d@:      t Y   @:             @:    17  @:newyear@:(d,n)}
35416 @r{    a b@:      t +   @:             @:     2  @:badd@:(a,b)}
35417 @r{    a b@:      t -   @:             @:     2  @:bsub@:(a,b)}
35420 @r{       @:      u a   @:             @:    12  @:calc-autorange-units@:}
35421 @r{      a@:      u b   @:             @:        @:calc-base-units@:}
35422 @r{      a@:      u c   @:units        @:    18  @:calc-convert-units@:}
35423 @r{   defn@:      u d   @:unit, descr  @:        @:calc-define-unit@:}
35424 @r{       @:      u e   @:             @:        @:calc-explain-units@:}
35425 @r{       @:      u g   @:unit         @:        @:calc-get-unit-definition@:}
35426 @r{       @:      u p   @:             @:        @:calc-permanent-units@:}
35427 @r{      a@:      u r   @:             @:        @:calc-remove-units@:}
35428 @r{      a@:      u s   @:             @:        @:usimplify@:(a)}
35429 @r{      a@:      u t   @:units        @:    18  @:calc-convert-temperature@:}
35430 @r{       @:      u u   @:unit         @:        @:calc-undefine-unit@:}
35431 @r{       @:      u v   @:             @:        @:calc-enter-units-table@:}
35432 @r{      a@:      u x   @:             @:        @:calc-extract-units@:}
35433 @r{      a@:      u 0-9 @:             @:        @:calc-quick-units@:}
35436 @r{  v1 v2@:      u C   @:             @:    20  @:vcov@:(v1,v2)}
35437 @r{  v1 v2@:    I u C   @:             @:    20  @:vpcov@:(v1,v2)}
35438 @r{  v1 v2@:    H u C   @:             @:    20  @:vcorr@:(v1,v2)}
35439 @r{      v@:      u G   @:             @:    19  @:vgmean@:(v)}
35440 @r{    a b@:    H u G   @:             @:     2  @:agmean@:(a,b)}
35441 @r{      v@:      u M   @:             @:    19  @:vmean@:(v)}
35442 @r{      v@:    I u M   @:             @:    19  @:vmeane@:(v)}
35443 @r{      v@:    H u M   @:             @:    19  @:vmedian@:(v)}
35444 @r{      v@:  I H u M   @:             @:    19  @:vhmean@:(v)}
35445 @r{      v@:      u N   @:             @:    19  @:vmin@:(v)}
35446 @r{      v@:      u S   @:             @:    19  @:vsdev@:(v)}
35447 @r{      v@:    I u S   @:             @:    19  @:vpsdev@:(v)}
35448 @r{      v@:    H u S   @:             @:    19  @:vvar@:(v)}
35449 @r{      v@:  I H u S   @:             @:    19  @:vpvar@:(v)}
35450 @r{       @:      u V   @:             @:        @:calc-view-units-table@:}
35451 @r{      v@:      u X   @:             @:    19  @:vmax@:(v)}
35454 @r{      v@:      u +   @:             @:    19  @:vsum@:(v)}
35455 @r{      v@:      u *   @:             @:    19  @:vprod@:(v)}
35456 @r{      v@:      u #   @:             @:    19  @:vcount@:(v)}
35459 @r{       @:      V (   @:             @:    50  @:calc-vector-parens@:}
35460 @r{       @:      V @{   @:             @:    50  @:calc-vector-braces@:}
35461 @r{       @:      V [   @:             @:    50  @:calc-vector-brackets@:}
35462 @r{       @:      V ]   @:ROCP         @:    50  @:calc-matrix-brackets@:}
35463 @r{       @:      V ,   @:             @:    50  @:calc-vector-commas@:}
35464 @r{       @:      V <   @:             @:    50  @:calc-matrix-left-justify@:}
35465 @r{       @:      V =   @:             @:    50  @:calc-matrix-center-justify@:}
35466 @r{       @:      V >   @:             @:    50  @:calc-matrix-right-justify@:}
35467 @r{       @:      V /   @:             @: 12,50  @:calc-break-vectors@:}
35468 @r{       @:      V .   @:             @: 12,50  @:calc-full-vectors@:}
35471 @r{    s t@:      V ^   @:             @:     2  @:vint@:(s,t)}
35472 @r{    s t@:      V -   @:             @:     2  @:vdiff@:(s,t)}
35473 @r{      s@:      V ~   @:             @:     1  @:vcompl@:(s)}
35474 @r{      s@:      V #   @:             @:     1  @:vcard@:(s)}
35475 @r{      s@:      V :   @:             @:     1  @:vspan@:(s)}
35476 @r{      s@:      V +   @:             @:     1  @:rdup@:(s)}
35479 @r{      m@:      V &   @:             @:     1  @:inv@:(m)  1/m}
35482 @r{      v@:      v a   @:n            @:        @:arrange@:(v,n)}
35483 @r{      a@:      v b   @:n            @:        @:cvec@:(a,n)}
35484 @r{      v@:      v c   @:n >0         @: 21,31  @:mcol@:(v,n)}
35485 @r{      v@:      v c   @:n <0         @:    31  @:mrcol@:(v,-n)}
35486 @r{      m@:      v c   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35487 @r{      v@:      v d   @:             @:    25  @:diag@:(v,n)}
35488 @r{    v m@:      v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m)}
35489 @r{  v m f@:    H v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m,f)}
35490 @r{    v a@:      v f   @:             @:    26  @:find@:(v,a,n)}
35491 @r{      v@:      v h   @:             @:     1  @:head@:(v)}
35492 @r{      v@:    I v h   @:             @:     1  @:tail@:(v)}
35493 @r{      v@:    H v h   @:             @:     1  @:rhead@:(v)}
35494 @r{      v@:  I H v h   @:             @:     1  @:rtail@:(v)}
35495 @r{       @:      v i   @:n            @:    31  @:idn@:(1,n)}
35496 @r{       @:      v i   @:0            @:    31  @:idn@:(1)}
35497 @r{    h t@:      v k   @:             @:     2  @:cons@:(h,t)}
35498 @r{    h t@:    H v k   @:             @:     2  @:rcons@:(h,t)}
35499 @r{      v@:      v l   @:             @:     1  @:vlen@:(v)}
35500 @r{      v@:    H v l   @:             @:     1  @:mdims@:(v)}
35501 @r{    v m@:      v m   @:             @:     2  @:vmask@:(v,m)}
35502 @r{      v@:      v n   @:             @:     1  @:rnorm@:(v)}
35503 @r{  a b c@:      v p   @:             @:    24  @:calc-pack@:}
35504 @r{      v@:      v r   @:n >0         @: 21,31  @:mrow@:(v,n)}
35505 @r{      v@:      v r   @:n <0         @:    31  @:mrrow@:(v,-n)}
35506 @r{      m@:      v r   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35507 @r{  v i j@:      v s   @:             @:        @:subvec@:(v,i,j)}
35508 @r{  v i j@:    I v s   @:             @:        @:rsubvec@:(v,i,j)}
35509 @r{      m@:      v t   @:             @:     1  @:trn@:(m)}
35510 @r{      v@:      v u   @:             @:    24  @:calc-unpack@:}
35511 @r{      v@:      v v   @:             @:     1  @:rev@:(v)}
35512 @r{       @:      v x   @:n            @:    31  @:index@:(n)}
35513 @r{  n s i@:  C-u v x   @:             @:        @:index@:(n,s,i)}
35516 @r{      v@:      V A   @:op           @:    22  @:apply@:(op,v)}
35517 @r{  v1 v2@:      V C   @:             @:     2  @:cross@:(v1,v2)}
35518 @r{      m@:      V D   @:             @:     1  @:det@:(m)}
35519 @r{      s@:      V E   @:             @:     1  @:venum@:(s)}
35520 @r{      s@:      V F   @:             @:     1  @:vfloor@:(s)}
35521 @r{      v@:      V G   @:             @:        @:grade@:(v)}
35522 @r{      v@:    I V G   @:             @:        @:rgrade@:(v)}
35523 @r{      v@:      V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,n)}
35524 @r{    v w@:    H V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,w,n)}
35525 @r{  v1 v2@:      V I   @:mop aop      @:    22  @:inner@:(mop,aop,v1,v2)}
35526 @r{      m@:      V J   @:             @:     1  @:ctrn@:(m)}
35527 @r{      m@:      V L   @:             @:     1  @:lud@:(m)}
35528 @r{      v@:      V M   @:op           @: 22,23  @:map@:(op,v)}
35529 @r{      v@:      V N   @:             @:     1  @:cnorm@:(v)}
35530 @r{  v1 v2@:      V O   @:op           @:    22  @:outer@:(op,v1,v2)}
35531 @r{      v@:      V R   @:op           @: 22,23  @:reduce@:(op,v)}
35532 @r{      v@:    I V R   @:op           @: 22,23  @:rreduce@:(op,v)}
35533 @r{    a n@:    H V R   @:op           @:    22  @:nest@:(op,a,n)}
35534 @r{      a@:  I H V R   @:op           @:    22  @:fixp@:(op,a)}
35535 @r{      v@:      V S   @:             @:        @:sort@:(v)}
35536 @r{      v@:    I V S   @:             @:        @:rsort@:(v)}
35537 @r{      m@:      V T   @:             @:     1  @:tr@:(m)}
35538 @r{      v@:      V U   @:op           @:    22  @:accum@:(op,v)}
35539 @r{      v@:    I V U   @:op           @:    22  @:raccum@:(op,v)}
35540 @r{    a n@:    H V U   @:op           @:    22  @:anest@:(op,a,n)}
35541 @r{      a@:  I H V U   @:op           @:    22  @:afixp@:(op,a)}
35542 @r{    s t@:      V V   @:             @:     2  @:vunion@:(s,t)}
35543 @r{    s t@:      V X   @:             @:     2  @:vxor@:(s,t)}
35546 @r{       @:      Y     @:             @:        @:@:user commands}
35549 @r{       @:      z     @:             @:        @:@:user commands}
35552 @r{      c@:      Z [   @:             @:    45  @:calc-kbd-if@:}
35553 @r{      c@:      Z |   @:             @:    45  @:calc-kbd-else-if@:}
35554 @r{       @:      Z :   @:             @:        @:calc-kbd-else@:}
35555 @r{       @:      Z ]   @:             @:        @:calc-kbd-end-if@:}
35558 @r{       @:      Z @{   @:             @:     4  @:calc-kbd-loop@:}
35559 @r{      c@:      Z /   @:             @:    45  @:calc-kbd-break@:}
35560 @r{       @:      Z @}   @:             @:        @:calc-kbd-end-loop@:}
35561 @r{      n@:      Z <   @:             @:        @:calc-kbd-repeat@:}
35562 @r{       @:      Z >   @:             @:        @:calc-kbd-end-repeat@:}
35563 @r{    n m@:      Z (   @:             @:        @:calc-kbd-for@:}
35564 @r{      s@:      Z )   @:             @:        @:calc-kbd-end-for@:}
35567 @r{       @:      Z C-g @:             @:        @:@:cancel if/loop command}
35570 @r{       @:      Z `   @:             @:        @:calc-kbd-push@:}
35571 @r{       @:      Z '   @:             @:        @:calc-kbd-pop@:}
35572 @r{      a@:      Z =   @:message      @:    28  @:calc-kbd-report@:}
35573 @r{       @:      Z #   @:prompt       @:        @:calc-kbd-query@:}
35576 @r{   comp@:      Z C   @:func, args   @:    50  @:calc-user-define-composition@:}
35577 @r{       @:      Z D   @:key, command @:        @:calc-user-define@:}
35578 @r{       @:      Z E   @:key, editing @:    30  @:calc-user-define-edit@:}
35579 @r{   defn@:      Z F   @:k, c, f, a, n@:    28  @:calc-user-define-formula@:}
35580 @r{       @:      Z G   @:key          @:        @:calc-get-user-defn@:}
35581 @r{       @:      Z I   @:             @:        @:calc-user-define-invocation@:}
35582 @r{       @:      Z K   @:key, command @:        @:calc-user-define-kbd-macro@:}
35583 @r{       @:      Z P   @:key          @:        @:calc-user-define-permanent@:}
35584 @r{       @:      Z S   @:             @:    30  @:calc-edit-user-syntax@:}
35585 @r{       @:      Z T   @:             @:    12  @:calc-timing@:}
35586 @r{       @:      Z U   @:key          @:        @:calc-user-undefine@:}
35588 @end format
35590 @noindent
35591 NOTES
35593 @enumerate
35594 @c 1
35595 @item
35596 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
35597 Negative prefix arguments apply to the @expr{-n}th stack entry.
35598 A prefix of zero applies to the entire stack.  (For @key{LFD} and
35599 @kbd{M-@key{DEL}}, the meaning of the sign is reversed.)
35601 @c 2
35602 @item
35603 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
35604 Negative prefix arguments apply to the top stack entry
35605 and the next @expr{-n} stack entries.
35607 @c 3
35608 @item
35609 Positive prefix arguments rotate top @expr{n} stack entries by one.
35610 Negative prefix arguments rotate the entire stack by @expr{-n}.
35611 A prefix of zero reverses the entire stack.
35613 @c 4
35614 @item
35615 Prefix argument specifies a repeat count or distance.
35617 @c 5
35618 @item
35619 Positive prefix arguments specify a precision @expr{p}.
35620 Negative prefix arguments reduce the current precision by @expr{-p}.
35622 @c 6
35623 @item
35624 A prefix argument is interpreted as an additional step-size parameter.
35625 A plain @kbd{C-u} prefix means to prompt for the step size.
35627 @c 7
35628 @item
35629 A prefix argument specifies simplification level and depth.
35630 1=Default, 2=like @kbd{a s}, 3=like @kbd{a e}.
35632 @c 8
35633 @item
35634 A negative prefix operates only on the top level of the input formula.
35636 @c 9
35637 @item
35638 Positive prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, unsigned.
35639 Negative prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, signed.
35641 @c 10
35642 @item
35643 Prefix arguments specify the shift amount @expr{n}.  The @expr{w} argument
35644 cannot be specified in the keyboard version of this command.
35646 @c 11
35647 @item
35648 From the keyboard, @expr{d} is omitted and defaults to zero.
35650 @c 12
35651 @item
35652 Mode is toggled; a positive prefix always sets the mode, and a negative
35653 prefix always clears the mode.
35655 @c 13
35656 @item
35657 Some prefix argument values provide special variations of the mode.
35659 @c 14
35660 @item
35661 A prefix argument, if any, is used for @expr{m} instead of taking
35662 @expr{m} from the stack.  @expr{M} may take any of these values:
35663 @iftex
35664 {@advance@tableindent10pt
35665 @end iftex
35666 @table @asis
35667 @item Integer
35668 Random integer in the interval @expr{[0 .. m)}.
35669 @item Float
35670 Random floating-point number in the interval @expr{[0 .. m)}.
35671 @item 0.0
35672 Gaussian with mean 1 and standard deviation 0.
35673 @item Error form
35674 Gaussian with specified mean and standard deviation.
35675 @item Interval
35676 Random integer or floating-point number in that interval.
35677 @item Vector
35678 Random element from the vector.
35679 @end table
35680 @iftex
35682 @end iftex
35684 @c 15
35685 @item
35686 A prefix argument from 1 to 6 specifies number of date components
35687 to remove from the stack.  @xref{Date Conversions}.
35689 @c 16
35690 @item
35691 A prefix argument specifies a time zone; @kbd{C-u} says to take the
35692 time zone number or name from the top of the stack.  @xref{Time Zones}.
35694 @c 17
35695 @item
35696 A prefix argument specifies a day number (0-6, 0-31, or 0-366).
35698 @c 18
35699 @item
35700 If the input has no units, you will be prompted for both the old and
35701 the new units.
35703 @c 19
35704 @item
35705 With a prefix argument, collect that many stack entries to form the
35706 input data set.  Each entry may be a single value or a vector of values.
35708 @c 20
35709 @item
35710 With a prefix argument of 1, take a single 
35711 @texline @var{n}@math{\times2}
35712 @infoline @mathit{@var{N}x2} 
35713 matrix from the stack instead of two separate data vectors.
35715 @c 21
35716 @item
35717 The row or column number @expr{n} may be given as a numeric prefix
35718 argument instead.  A plain @kbd{C-u} prefix says to take @expr{n}
35719 from the top of the stack.  If @expr{n} is a vector or interval,
35720 a subvector/submatrix of the input is created.
35722 @c 22
35723 @item
35724 The @expr{op} prompt can be answered with the key sequence for the
35725 desired function, or with @kbd{x} or @kbd{z} followed by a function name,
35726 or with @kbd{$} to take a formula from the top of the stack, or with
35727 @kbd{'} and a typed formula.  In the last two cases, the formula may
35728 be a nameless function like @samp{<#1+#2>} or @samp{<x, y : x+y>}, or it
35729 may include @kbd{$}, @kbd{$$}, etc. (where @kbd{$} will correspond to the
35730 last argument of the created function), or otherwise you will be
35731 prompted for an argument list.  The number of vectors popped from the
35732 stack by @kbd{V M} depends on the number of arguments of the function.
35734 @c 23
35735 @item
35736 One of the mapping direction keys @kbd{_} (horizontal, i.e., map
35737 by rows or reduce across), @kbd{:} (vertical, i.e., map by columns or
35738 reduce down), or @kbd{=} (map or reduce by rows) may be used before
35739 entering @expr{op}; these modify the function name by adding the letter
35740 @code{r} for ``rows,'' @code{c} for ``columns,'' @code{a} for ``across,''
35741 or @code{d} for ``down.''
35743 @c 24
35744 @item
35745 The prefix argument specifies a packing mode.  A nonnegative mode
35746 is the number of items (for @kbd{v p}) or the number of levels
35747 (for @kbd{v u}).  A negative mode is as described below.  With no
35748 prefix argument, the mode is taken from the top of the stack and
35749 may be an integer or a vector of integers.
35750 @iftex
35751 {@advance@tableindent-20pt
35752 @end iftex
35753 @table @cite
35754 @item -1
35755 (@var{2})  Rectangular complex number.
35756 @item -2
35757 (@var{2})  Polar complex number.
35758 @item -3
35759 (@var{3})  HMS form.
35760 @item -4
35761 (@var{2})  Error form.
35762 @item -5
35763 (@var{2})  Modulo form.
35764 @item -6
35765 (@var{2})  Closed interval.
35766 @item -7
35767 (@var{2})  Closed .. open interval.
35768 @item -8
35769 (@var{2})  Open .. closed interval.
35770 @item -9
35771 (@var{2})  Open interval.
35772 @item -10
35773 (@var{2})  Fraction.
35774 @item -11
35775 (@var{2})  Float with integer mantissa.
35776 @item -12
35777 (@var{2})  Float with mantissa in @expr{[1 .. 10)}.
35778 @item -13
35779 (@var{1})  Date form (using date numbers).
35780 @item -14
35781 (@var{3})  Date form (using year, month, day).
35782 @item -15
35783 (@var{6})  Date form (using year, month, day, hour, minute, second).
35784 @end table
35785 @iftex
35787 @end iftex
35789 @c 25
35790 @item
35791 A prefix argument specifies the size @expr{n} of the matrix.  With no
35792 prefix argument, @expr{n} is omitted and the size is inferred from
35793 the input vector.
35795 @c 26
35796 @item
35797 The prefix argument specifies the starting position @expr{n} (default 1).
35799 @c 27
35800 @item
35801 Cursor position within stack buffer affects this command.
35803 @c 28
35804 @item
35805 Arguments are not actually removed from the stack by this command.
35807 @c 29
35808 @item
35809 Variable name may be a single digit or a full name.
35811 @c 30
35812 @item
35813 Editing occurs in a separate buffer.  Press @kbd{C-c C-c} (or 
35814 @key{LFD}, or in some cases @key{RET}) to finish the edit, or kill the
35815 buffer with @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @key{LFD} key prevents evaluation
35816 of the result of the edit.
35818 @c 31
35819 @item
35820 The number prompted for can also be provided as a prefix argument.
35822 @c 32
35823 @item
35824 Press this key a second time to cancel the prefix.
35826 @c 33
35827 @item
35828 With a negative prefix, deactivate all formulas.  With a positive
35829 prefix, deactivate and then reactivate from scratch.
35831 @c 34
35832 @item
35833 Default is to scan for nearest formula delimiter symbols.  With a
35834 prefix of zero, formula is delimited by mark and point.  With a
35835 non-zero prefix, formula is delimited by scanning forward or
35836 backward by that many lines.
35838 @c 35
35839 @item
35840 Parse the region between point and mark as a vector.  A nonzero prefix
35841 parses @var{n} lines before or after point as a vector.  A zero prefix
35842 parses the current line as a vector.  A @kbd{C-u} prefix parses the
35843 region between point and mark as a single formula.
35845 @c 36
35846 @item
35847 Parse the rectangle defined by point and mark as a matrix.  A positive
35848 prefix @var{n} divides the rectangle into columns of width @var{n}.
35849 A zero or @kbd{C-u} prefix parses each line as one formula.  A negative
35850 prefix suppresses special treatment of bracketed portions of a line.
35852 @c 37
35853 @item
35854 A numeric prefix causes the current language mode to be ignored.
35856 @c 38
35857 @item
35858 Responding to a prompt with a blank line answers that and all
35859 later prompts by popping additional stack entries.
35861 @c 39
35862 @item
35863 Answer for @expr{v} may also be of the form @expr{v = v_0} or
35864 @expr{v - v_0}.
35866 @c 40
35867 @item
35868 With a positive prefix argument, stack contains many @expr{y}'s and one
35869 common @expr{x}.  With a zero prefix, stack contains a vector of
35870 @expr{y}s and a common @expr{x}.  With a negative prefix, stack
35871 contains many @expr{[x,y]} vectors.  (For 3D plots, substitute
35872 @expr{z} for @expr{y} and @expr{x,y} for @expr{x}.)
35874 @c 41
35875 @item
35876 With any prefix argument, all curves in the graph are deleted.
35878 @c 42
35879 @item
35880 With a positive prefix, refines an existing plot with more data points.
35881 With a negative prefix, forces recomputation of the plot data.
35883 @c 43
35884 @item
35885 With any prefix argument, set the default value instead of the
35886 value for this graph.
35888 @c 44
35889 @item
35890 With a negative prefix argument, set the value for the printer.
35892 @c 45
35893 @item
35894 Condition is considered ``true'' if it is a nonzero real or complex
35895 number, or a formula whose value is known to be nonzero; it is ``false''
35896 otherwise.
35898 @c 46
35899 @item
35900 Several formulas separated by commas are pushed as multiple stack
35901 entries.  Trailing @kbd{)}, @kbd{]}, @kbd{@}}, @kbd{>}, and @kbd{"}
35902 delimiters may be omitted.  The notation @kbd{$$$} refers to the value
35903 in stack level three, and causes the formula to replace the top three
35904 stack levels.  The notation @kbd{$3} refers to stack level three without
35905 causing that value to be removed from the stack.  Use @key{LFD} in place
35906 of @key{RET} to prevent evaluation; use @kbd{M-=} in place of @key{RET}
35907 to evaluate variables.
35909 @c 47
35910 @item
35911 The variable is replaced by the formula shown on the right.  The
35912 Inverse flag reverses the order of the operands, e.g., @kbd{I s - x}
35913 assigns 
35914 @texline @math{x \coloneq a-x}.
35915 @infoline @expr{x := a-x}.
35917 @c 48
35918 @item
35919 Press @kbd{?} repeatedly to see how to choose a model.  Answer the
35920 variables prompt with @expr{iv} or @expr{iv;pv} to specify
35921 independent and parameter variables.  A positive prefix argument
35922 takes @mathit{@var{n}+1} vectors from the stack; a zero prefix takes a matrix
35923 and a vector from the stack.
35925 @c 49
35926 @item
35927 With a plain @kbd{C-u} prefix, replace the current region of the
35928 destination buffer with the yanked text instead of inserting.
35930 @c 50
35931 @item
35932 All stack entries are reformatted; the @kbd{H} prefix inhibits this.
35933 The @kbd{I} prefix sets the mode temporarily, redraws the top stack
35934 entry, then restores the original setting of the mode.
35936 @c 51
35937 @item
35938 A negative prefix sets the default 3D resolution instead of the
35939 default 2D resolution.
35941 @c 52
35942 @item
35943 This grabs a vector of the form [@var{prec}, @var{wsize}, @var{ssize},
35944 @var{radix}, @var{flfmt}, @var{ang}, @var{frac}, @var{symb}, @var{polar},
35945 @var{matrix}, @var{simp}, @var{inf}].  A prefix argument from 1 to 12
35946 grabs the @var{n}th mode value only.
35947 @end enumerate
35949 @iftex
35950 (Space is provided below for you to keep your own written notes.)
35951 @page
35952 @endgroup
35953 @end iftex
35956 @c [end-summary]
35958 @node Key Index, Command Index, Summary, Top
35959 @unnumbered Index of Key Sequences
35961 @printindex ky
35963 @node Command Index, Function Index, Key Index, Top
35964 @unnumbered Index of Calculator Commands
35966 Since all Calculator commands begin with the prefix @samp{calc-}, the
35967 @kbd{x} key has been provided as a variant of @kbd{M-x} which automatically
35968 types @samp{calc-} for you.  Thus, @kbd{x last-args} is short for
35969 @kbd{M-x calc-last-args}.
35971 @printindex pg
35973 @node Function Index, Concept Index, Command Index, Top
35974 @unnumbered Index of Algebraic Functions
35976 This is a list of built-in functions and operators usable in algebraic
35977 expressions.  Their full Lisp names are derived by adding the prefix
35978 @samp{calcFunc-}, as in @code{calcFunc-sqrt}.
35979 @iftex
35980 All functions except those noted with ``*'' have corresponding
35981 Calc keystrokes and can also be found in the Calc Summary.
35982 @end iftex
35984 @printindex tp
35986 @node Concept Index, Variable Index, Function Index, Top
35987 @unnumbered Concept Index
35989 @printindex cp
35991 @node Variable Index, Lisp Function Index, Concept Index, Top
35992 @unnumbered Index of Variables
35994 The variables in this list that do not contain dashes are accessible
35995 as Calc variables.  Add a @samp{var-} prefix to get the name of the
35996 corresponding Lisp variable.
35998 The remaining variables are Lisp variables suitable for @code{setq}ing
35999 in your Calc init file or @file{.emacs} file.
36001 @printindex vr
36003 @node Lisp Function Index, , Variable Index, Top
36004 @unnumbered Index of Lisp Math Functions
36006 The following functions are meant to be used with @code{defmath}, not
36007 @code{defun} definitions.  For names that do not start with @samp{calc-},
36008 the corresponding full Lisp name is derived by adding a prefix of
36009 @samp{math-}.
36011 @printindex fn
36013 @summarycontents
36015 @c [end]
36017 @contents
36018 @bye
36021 @ignore
36022    arch-tag: 77a71809-fa4d-40be-b2cc-da3e8fb137c0
36023 @end ignore