Emacs 21 -> 22.
[emacs.git] / man / calc.texi
blob0544bc1e3b4fae761075ea07a00d19c71c0e31e6
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 2.1 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 @copyright{} 1990, 1991, 2001, 2002, 2003, 2004,
87 2005, 2006, 2007 Free Software Foundation, Inc.
89 @quotation
90 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
91 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.2 or
92 any later version published by the Free Software Foundation; with the
93 Invariant Sections being just ``GNU GENERAL PUBLIC LICENSE'', with the
94 Front-Cover texts being ``A GNU Manual,'' and with the Back-Cover
95 Texts as in (a) below.
97 (a) The FSF's Back-Cover Text is: ``You have freedom to copy and modify
98 this GNU Manual, like GNU software.  Copies published by the Free
99 Software Foundation raise funds for GNU development.''
100 @end quotation
101 @end copying
103 @dircategory Emacs
104 @direntry
105 * Calc: (calc).         Advanced desk calculator and mathematical tool.
106 @end direntry
108 @titlepage
109 @sp 6
110 @center @titlefont{Calc Manual}
111 @sp 4
112 @center GNU Emacs Calc Version 2.1
113 @c [volume]
114 @sp 1
115 @center March 2005
116 @sp 5
117 @center Dave Gillespie
118 @center daveg@@synaptics.com
119 @page
121 @vskip 0pt plus 1filll
122 Copyright @copyright{} 1990, 1991, 2001, 2002, 2003, 2004,
123    2005, 2006, 2007 Free Software Foundation, Inc.
124 @insertcopying
125 @end titlepage
127 @c [begin]
128 @ifinfo
129 @node Top, , (dir), (dir)
130 @chapter The GNU Emacs Calculator
132 @noindent
133 @dfn{Calc} is an advanced desk calculator and mathematical tool
134 that runs as part of the GNU Emacs environment.
136 This manual is divided into three major parts: ``Getting Started,''
137 the ``Calc Tutorial,'' and the ``Calc Reference.''  The Tutorial
138 introduces all the major aspects of Calculator use in an easy,
139 hands-on way.  The remainder of the manual is a complete reference to
140 the features of the Calculator.
142 For help in the Emacs Info system (which you are using to read this
143 file), type @kbd{?}.  (You can also type @kbd{h} to run through a
144 longer Info tutorial.)
146 @end ifinfo
147 @menu
148 * Copying::               How you can copy and share Calc.
150 * Getting Started::       General description and overview.
151 * Interactive Tutorial::
152 * Tutorial::              A step-by-step introduction for beginners.
154 * Introduction::          Introduction to the Calc reference manual.
155 * Data Types::            Types of objects manipulated by Calc.
156 * Stack and Trail::       Manipulating the stack and trail buffers.
157 * Mode Settings::         Adjusting display format and other modes.
158 * Arithmetic::            Basic arithmetic functions.
159 * Scientific Functions::  Transcendentals and other scientific functions.
160 * Matrix Functions::      Operations on vectors and matrices.
161 * Algebra::               Manipulating expressions algebraically.
162 * Units::                 Operations on numbers with units.
163 * Store and Recall::      Storing and recalling variables.
164 * Graphics::              Commands for making graphs of data.
165 * Kill and Yank::         Moving data into and out of Calc.
166 * Keypad Mode::           Operating Calc from a keypad.
167 * Embedded Mode::         Working with formulas embedded in a file.
168 * Programming::           Calc as a programmable calculator.
170 * Customizing Calc:: Customizing Calc.
171 * Reporting Bugs::        How to report bugs and make suggestions.
173 * Summary::               Summary of Calc commands and functions.
175 * Key Index::             The standard Calc key sequences.
176 * Command Index::         The interactive Calc commands.
177 * Function Index::        Functions (in algebraic formulas).
178 * Concept Index::         General concepts.
179 * Variable Index::        Variables used by Calc (both user and internal).
180 * Lisp Function Index::   Internal Lisp math functions.
181 @end menu
183 @node Copying, Getting Started, Top, Top
184 @unnumbered GNU GENERAL PUBLIC LICENSE
185 @center Version 2, June 1991
187 @c This file is intended to be included in another file.
189 @display
190 Copyright @copyright{} 1989, 1991 Free Software Foundation, Inc.
191 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA
193 Everyone is permitted to copy and distribute verbatim copies
194 of this license document, but changing it is not allowed.
195 @end display
197 @unnumberedsec Preamble
199   The licenses for most software are designed to take away your
200 freedom to share and change it.  By contrast, the GNU General Public
201 License is intended to guarantee your freedom to share and change free
202 software---to make sure the software is free for all its users.  This
203 General Public License applies to most of the Free Software
204 Foundation's software and to any other program whose authors commit to
205 using it.  (Some other Free Software Foundation software is covered by
206 the GNU Lesser General Public License instead.)  You can apply it to
207 your programs, too.
209   When we speak of free software, we are referring to freedom, not
210 price.  Our General Public Licenses are designed to make sure that you
211 have the freedom to distribute copies of free software (and charge for
212 this service if you wish), that you receive source code or can get it
213 if you want it, that you can change the software or use pieces of it
214 in new free programs; and that you know you can do these things.
216   To protect your rights, we need to make restrictions that forbid
217 anyone to deny you these rights or to ask you to surrender the rights.
218 These restrictions translate to certain responsibilities for you if you
219 distribute copies of the software, or if you modify it.
221   For example, if you distribute copies of such a program, whether
222 gratis or for a fee, you must give the recipients all the rights that
223 you have.  You must make sure that they, too, receive or can get the
224 source code.  And you must show them these terms so they know their
225 rights.
227   We protect your rights with two steps: (1) copyright the software, and
228 (2) offer you this license which gives you legal permission to copy,
229 distribute and/or modify the software.
231   Also, for each author's protection and ours, we want to make certain
232 that everyone understands that there is no warranty for this free
233 software.  If the software is modified by someone else and passed on, we
234 want its recipients to know that what they have is not the original, so
235 that any problems introduced by others will not reflect on the original
236 authors' reputations.
238   Finally, any free program is threatened constantly by software
239 patents.  We wish to avoid the danger that redistributors of a free
240 program will individually obtain patent licenses, in effect making the
241 program proprietary.  To prevent this, we have made it clear that any
242 patent must be licensed for everyone's free use or not licensed at all.
244   The precise terms and conditions for copying, distribution and
245 modification follow.
247 @iftex
248 @unnumberedsec TERMS AND CONDITIONS FOR COPYING, DISTRIBUTION AND MODIFICATION
249 @end iftex
250 @ifinfo
251 @center TERMS AND CONDITIONS FOR COPYING, DISTRIBUTION AND MODIFICATION
252 @end ifinfo
254 @enumerate 0
255 @item
256 This License applies to any program or other work which contains
257 a notice placed by the copyright holder saying it may be distributed
258 under the terms of this General Public License.  The ``Program'', below,
259 refers to any such program or work, and a ``work based on the Program''
260 means either the Program or any derivative work under copyright law:
261 that is to say, a work containing the Program or a portion of it,
262 either verbatim or with modifications and/or translated into another
263 language.  (Hereinafter, translation is included without limitation in
264 the term ``modification''.)  Each licensee is addressed as ``you''.
266 Activities other than copying, distribution and modification are not
267 covered by this License; they are outside its scope.  The act of
268 running the Program is not restricted, and the output from the Program
269 is covered only if its contents constitute a work based on the
270 Program (independent of having been made by running the Program).
271 Whether that is true depends on what the Program does.
273 @item
274 You may copy and distribute verbatim copies of the Program's
275 source code as you receive it, in any medium, provided that you
276 conspicuously and appropriately publish on each copy an appropriate
277 copyright notice and disclaimer of warranty; keep intact all the
278 notices that refer to this License and to the absence of any warranty;
279 and give any other recipients of the Program a copy of this License
280 along with the Program.
282 You may charge a fee for the physical act of transferring a copy, and
283 you may at your option offer warranty protection in exchange for a fee.
285 @item
286 You may modify your copy or copies of the Program or any portion
287 of it, thus forming a work based on the Program, and copy and
288 distribute such modifications or work under the terms of Section 1
289 above, provided that you also meet all of these conditions:
291 @enumerate a
292 @item
293 You must cause the modified files to carry prominent notices
294 stating that you changed the files and the date of any change.
296 @item
297 You must cause any work that you distribute or publish, that in
298 whole or in part contains or is derived from the Program or any
299 part thereof, to be licensed as a whole at no charge to all third
300 parties under the terms of this License.
302 @item
303 If the modified program normally reads commands interactively
304 when run, you must cause it, when started running for such
305 interactive use in the most ordinary way, to print or display an
306 announcement including an appropriate copyright notice and a
307 notice that there is no warranty (or else, saying that you provide
308 a warranty) and that users may redistribute the program under
309 these conditions, and telling the user how to view a copy of this
310 License.  (Exception: if the Program itself is interactive but
311 does not normally print such an announcement, your work based on
312 the Program is not required to print an announcement.)
313 @end enumerate
315 These requirements apply to the modified work as a whole.  If
316 identifiable sections of that work are not derived from the Program,
317 and can be reasonably considered independent and separate works in
318 themselves, then this License, and its terms, do not apply to those
319 sections when you distribute them as separate works.  But when you
320 distribute the same sections as part of a whole which is a work based
321 on the Program, the distribution of the whole must be on the terms of
322 this License, whose permissions for other licensees extend to the
323 entire whole, and thus to each and every part regardless of who wrote it.
325 Thus, it is not the intent of this section to claim rights or contest
326 your rights to work written entirely by you; rather, the intent is to
327 exercise the right to control the distribution of derivative or
328 collective works based on the Program.
330 In addition, mere aggregation of another work not based on the Program
331 with the Program (or with a work based on the Program) on a volume of
332 a storage or distribution medium does not bring the other work under
333 the scope of this License.
335 @item
336 You may copy and distribute the Program (or a work based on it,
337 under Section 2) in object code or executable form under the terms of
338 Sections 1 and 2 above provided that you also do one of the following:
340 @enumerate a
341 @item
342 Accompany it with the complete corresponding machine-readable
343 source code, which must be distributed under the terms of Sections
344 1 and 2 above on a medium customarily used for software interchange; or,
346 @item
347 Accompany it with a written offer, valid for at least three
348 years, to give any third party, for a charge no more than your
349 cost of physically performing source distribution, a complete
350 machine-readable copy of the corresponding source code, to be
351 distributed under the terms of Sections 1 and 2 above on a medium
352 customarily used for software interchange; or,
354 @item
355 Accompany it with the information you received as to the offer
356 to distribute corresponding source code.  (This alternative is
357 allowed only for noncommercial distribution and only if you
358 received the program in object code or executable form with such
359 an offer, in accord with Subsection b above.)
360 @end enumerate
362 The source code for a work means the preferred form of the work for
363 making modifications to it.  For an executable work, complete source
364 code means all the source code for all modules it contains, plus any
365 associated interface definition files, plus the scripts used to
366 control compilation and installation of the executable.  However, as a
367 special exception, the source code distributed need not include
368 anything that is normally distributed (in either source or binary
369 form) with the major components (compiler, kernel, and so on) of the
370 operating system on which the executable runs, unless that component
371 itself accompanies the executable.
373 If distribution of executable or object code is made by offering
374 access to copy from a designated place, then offering equivalent
375 access to copy the source code from the same place counts as
376 distribution of the source code, even though third parties are not
377 compelled to copy the source along with the object code.
379 @item
380 You may not copy, modify, sublicense, or distribute the Program
381 except as expressly provided under this License.  Any attempt
382 otherwise to copy, modify, sublicense or distribute the Program is
383 void, and will automatically terminate your rights under this License.
384 However, parties who have received copies, or rights, from you under
385 this License will not have their licenses terminated so long as such
386 parties remain in full compliance.
388 @item
389 You are not required to accept this License, since you have not
390 signed it.  However, nothing else grants you permission to modify or
391 distribute the Program or its derivative works.  These actions are
392 prohibited by law if you do not accept this License.  Therefore, by
393 modifying or distributing the Program (or any work based on the
394 Program), you indicate your acceptance of this License to do so, and
395 all its terms and conditions for copying, distributing or modifying
396 the Program or works based on it.
398 @item
399 Each time you redistribute the Program (or any work based on the
400 Program), the recipient automatically receives a license from the
401 original licensor to copy, distribute or modify the Program subject to
402 these terms and conditions.  You may not impose any further
403 restrictions on the recipients' exercise of the rights granted herein.
404 You are not responsible for enforcing compliance by third parties to
405 this License.
407 @item
408 If, as a consequence of a court judgment or allegation of patent
409 infringement or for any other reason (not limited to patent issues),
410 conditions are imposed on you (whether by court order, agreement or
411 otherwise) that contradict the conditions of this License, they do not
412 excuse you from the conditions of this License.  If you cannot
413 distribute so as to satisfy simultaneously your obligations under this
414 License and any other pertinent obligations, then as a consequence you
415 may not distribute the Program at all.  For example, if a patent
416 license would not permit royalty-free redistribution of the Program by
417 all those who receive copies directly or indirectly through you, then
418 the only way you could satisfy both it and this License would be to
419 refrain entirely from distribution of the Program.
421 If any portion of this section is held invalid or unenforceable under
422 any particular circumstance, the balance of the section is intended to
423 apply and the section as a whole is intended to apply in other
424 circumstances.
426 It is not the purpose of this section to induce you to infringe any
427 patents or other property right claims or to contest validity of any
428 such claims; this section has the sole purpose of protecting the
429 integrity of the free software distribution system, which is
430 implemented by public license practices.  Many people have made
431 generous contributions to the wide range of software distributed
432 through that system in reliance on consistent application of that
433 system; it is up to the author/donor to decide if he or she is willing
434 to distribute software through any other system and a licensee cannot
435 impose that choice.
437 This section is intended to make thoroughly clear what is believed to
438 be a consequence of the rest of this License.
440 @item
441 If the distribution and/or use of the Program is restricted in
442 certain countries either by patents or by copyrighted interfaces, the
443 original copyright holder who places the Program under this License
444 may add an explicit geographical distribution limitation excluding
445 those countries, so that distribution is permitted only in or among
446 countries not thus excluded.  In such case, this License incorporates
447 the limitation as if written in the body of this License.
449 @item
450 The Free Software Foundation may publish revised and/or new versions
451 of the General Public License from time to time.  Such new versions will
452 be similar in spirit to the present version, but may differ in detail to
453 address new problems or concerns.
455 Each version is given a distinguishing version number.  If the Program
456 specifies a version number of this License which applies to it and ``any
457 later version'', you have the option of following the terms and conditions
458 either of that version or of any later version published by the Free
459 Software Foundation.  If the Program does not specify a version number of
460 this License, you may choose any version ever published by the Free Software
461 Foundation.
463 @item
464 If you wish to incorporate parts of the Program into other free
465 programs whose distribution conditions are different, write to the author
466 to ask for permission.  For software which is copyrighted by the Free
467 Software Foundation, write to the Free Software Foundation; we sometimes
468 make exceptions for this.  Our decision will be guided by the two goals
469 of preserving the free status of all derivatives of our free software and
470 of promoting the sharing and reuse of software generally.
472 @iftex
473 @heading NO WARRANTY
474 @end iftex
475 @ifinfo
476 @center NO WARRANTY
477 @end ifinfo
479 @item
480 BECAUSE THE PROGRAM IS LICENSED FREE OF CHARGE, THERE IS NO WARRANTY
481 FOR THE PROGRAM, TO THE EXTENT PERMITTED BY APPLICABLE LAW.  EXCEPT WHEN
482 OTHERWISE STATED IN WRITING THE COPYRIGHT HOLDERS AND/OR OTHER PARTIES
483 PROVIDE THE PROGRAM ``AS IS'' WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EITHER EXPRESSED
484 OR IMPLIED, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
485 MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  THE ENTIRE RISK AS
486 TO THE QUALITY AND PERFORMANCE OF THE PROGRAM IS WITH YOU.  SHOULD THE
487 PROGRAM PROVE DEFECTIVE, YOU ASSUME THE COST OF ALL NECESSARY SERVICING,
488 REPAIR OR CORRECTION.
490 @item
491 IN NO EVENT UNLESS REQUIRED BY APPLICABLE LAW OR AGREED TO IN WRITING
492 WILL ANY COPYRIGHT HOLDER, OR ANY OTHER PARTY WHO MAY MODIFY AND/OR
493 REDISTRIBUTE THE PROGRAM AS PERMITTED ABOVE, BE LIABLE TO YOU FOR DAMAGES,
494 INCLUDING ANY GENERAL, SPECIAL, INCIDENTAL OR CONSEQUENTIAL DAMAGES ARISING
495 OUT OF THE USE OR INABILITY TO USE THE PROGRAM (INCLUDING BUT NOT LIMITED
496 TO LOSS OF DATA OR DATA BEING RENDERED INACCURATE OR LOSSES SUSTAINED BY
497 YOU OR THIRD PARTIES OR A FAILURE OF THE PROGRAM TO OPERATE WITH ANY OTHER
498 PROGRAMS), EVEN IF SUCH HOLDER OR OTHER PARTY HAS BEEN ADVISED OF THE
499 POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES.
500 @end enumerate
502 @iftex
503 @heading END OF TERMS AND CONDITIONS
504 @end iftex
505 @ifinfo
506 @center END OF TERMS AND CONDITIONS
507 @end ifinfo
509 @page
510 @unnumberedsec Appendix: How to Apply These Terms to Your New Programs
512   If you develop a new program, and you want it to be of the greatest
513 possible use to the public, the best way to achieve this is to make it
514 free software which everyone can redistribute and change under these terms.
516   To do so, attach the following notices to the program.  It is safest
517 to attach them to the start of each source file to most effectively
518 convey the exclusion of warranty; and each file should have at least
519 the ``copyright'' line and a pointer to where the full notice is found.
521 @smallexample
522 @var{one line to give the program's name and a brief idea of what it does.}
523 Copyright (C) @var{yyyy}  @var{name of author}
525 This program is free software; you can redistribute it and/or modify
526 it under the terms of the GNU General Public License as published by
527 the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
528 (at your option) any later version.
530 This program is distributed in the hope that it will be useful,
531 but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
532 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
533 GNU General Public License for more details.
535 You should have received a copy of the GNU General Public License
536 along with this program; if not, write to the Free Software
537 Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301, USA.
538 @end smallexample
540 Also add information on how to contact you by electronic and paper mail.
542 If the program is interactive, make it output a short notice like this
543 when it starts in an interactive mode:
545 @smallexample
546 Gnomovision version 69, Copyright (C) @var{yyyy} @var{name of author}
547 Gnomovision comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY; for details type `show w'.
548 This is free software, and you are welcome to redistribute it
549 under certain conditions; type `show c' for details.
550 @end smallexample
552 The hypothetical commands @samp{show w} and @samp{show c} should show
553 the appropriate parts of the General Public License.  Of course, the
554 commands you use may be called something other than @samp{show w} and
555 @samp{show c}; they could even be mouse-clicks or menu items---whatever
556 suits your program.
558 You should also get your employer (if you work as a programmer) or your
559 school, if any, to sign a ``copyright disclaimer'' for the program, if
560 necessary.  Here is a sample; alter the names:
562 @example
563 Yoyodyne, Inc., hereby disclaims all copyright interest in the program
564 `Gnomovision' (which makes passes at compilers) written by James Hacker.
566 @var{signature of Ty Coon}, 1 April 1989
567 Ty Coon, President of Vice
568 @end example
570 This General Public License does not permit incorporating your program into
571 proprietary programs.  If your program is a subroutine library, you may
572 consider it more useful to permit linking proprietary applications with the
573 library.  If this is what you want to do, use the GNU Lesser General
574 Public License instead of this License.
576 @node Getting Started, Tutorial, Copying, Top
577 @chapter Getting Started
578 @noindent
579 This chapter provides a general overview of Calc, the GNU Emacs
580 Calculator:  What it is, how to start it and how to exit from it,
581 and what are the various ways that it can be used.
583 @menu
584 * What is Calc::
585 * About This Manual::
586 * Notations Used in This Manual::
587 * Demonstration of Calc::
588 * Using Calc::
589 * History and Acknowledgements::
590 @end menu
592 @node What is Calc, About This Manual, Getting Started, Getting Started
593 @section What is Calc?
595 @noindent
596 @dfn{Calc} is an advanced calculator and mathematical tool that runs as
597 part of the GNU Emacs environment.  Very roughly based on the HP-28/48
598 series of calculators, its many features include:
600 @itemize @bullet
601 @item
602 Choice of algebraic or RPN (stack-based) entry of calculations.
604 @item
605 Arbitrary precision integers and floating-point numbers.
607 @item
608 Arithmetic on rational numbers, complex numbers (rectangular and polar),
609 error forms with standard deviations, open and closed intervals, vectors
610 and matrices, dates and times, infinities, sets, quantities with units,
611 and algebraic formulas.
613 @item
614 Mathematical operations such as logarithms and trigonometric functions.
616 @item
617 Programmer's features (bitwise operations, non-decimal numbers).
619 @item
620 Financial functions such as future value and internal rate of return.
622 @item
623 Number theoretical features such as prime factorization and arithmetic
624 modulo @var{m} for any @var{m}.
626 @item
627 Algebraic manipulation features, including symbolic calculus.
629 @item
630 Moving data to and from regular editing buffers.
632 @item
633 Embedded mode for manipulating Calc formulas and data directly
634 inside any editing buffer.
636 @item
637 Graphics using GNUPLOT, a versatile (and free) plotting program.
639 @item
640 Easy programming using keyboard macros, algebraic formulas,
641 algebraic rewrite rules, or extended Emacs Lisp.
642 @end itemize
644 Calc tries to include a little something for everyone; as a result it is
645 large and might be intimidating to the first-time user.  If you plan to
646 use Calc only as a traditional desk calculator, all you really need to
647 read is the ``Getting Started'' chapter of this manual and possibly the
648 first few sections of the tutorial.  As you become more comfortable with
649 the program you can learn its additional features.  Calc does not
650 have the scope and depth of a fully-functional symbolic math package,
651 but Calc has the advantages of convenience, portability, and freedom.
653 @node About This Manual, Notations Used in This Manual, What is Calc, Getting Started
654 @section About This Manual
656 @noindent
657 This document serves as a complete description of the GNU Emacs
658 Calculator.  It works both as an introduction for novices, and as
659 a reference for experienced users.  While it helps to have some
660 experience with GNU Emacs in order to get the most out of Calc,
661 this manual ought to be readable even if you don't know or use Emacs
662 regularly.
664 @ifinfo
665 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
666 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
667 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
668 @end ifinfo
669 @iftex
670 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
671 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
672 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
673 @c [when-split]
674 @c This manual has been printed in two volumes, the @dfn{Tutorial} and the
675 @c @dfn{Reference}.  Both volumes include a copy of the ``Getting Started''
676 @c chapter.
677 @end iftex
679 If you are in a hurry to use Calc, there is a brief ``demonstration''
680 below which illustrates the major features of Calc in just a couple of
681 pages.  If you don't have time to go through the full tutorial, this
682 will show you everything you need to know to begin.
683 @xref{Demonstration of Calc}.
685 The tutorial chapter walks you through the various parts of Calc
686 with lots of hands-on examples and explanations.  If you are new
687 to Calc and you have some time, try going through at least the
688 beginning of the tutorial.  The tutorial includes about 70 exercises
689 with answers.  These exercises give you some guided practice with
690 Calc, as well as pointing out some interesting and unusual ways
691 to use its features.
693 The reference section discusses Calc in complete depth.  You can read
694 the reference from start to finish if you want to learn every aspect
695 of Calc.  Or, you can look in the table of contents or the Concept
696 Index to find the parts of the manual that discuss the things you
697 need to know.
699 @cindex Marginal notes
700 Every Calc keyboard command is listed in the Calc Summary, and also
701 in the Key Index.  Algebraic functions, @kbd{M-x} commands, and
702 variables also have their own indices.  
703 @texline Each
704 @infoline In the printed manual, each
705 paragraph that is referenced in the Key or Function Index is marked
706 in the margin with its index entry.
708 @c [fix-ref Help Commands]
709 You can access this manual on-line at any time within Calc by
710 pressing the @kbd{h i} key sequence.  Outside of the Calc window,
711 you can press @kbd{C-x * i} to read the manual on-line.  Also, you
712 can jump directly to the Tutorial by pressing @kbd{h t} or @kbd{C-x * t},
713 or to the Summary by pressing @kbd{h s} or @kbd{C-x * s}.  Within Calc,
714 you can also go to the part of the manual describing any Calc key,
715 function, or variable using @w{@kbd{h k}}, @kbd{h f}, or @kbd{h v},
716 respectively.  @xref{Help Commands}.
718 The Calc manual can be printed, but because the manual is so large, you
719 should only make a printed copy if you really need it.  To print the
720 manual, you will need the @TeX{} typesetting program (this is a free
721 program by Donald Knuth at Stanford University) as well as the
722 @file{texindex} program and @file{texinfo.tex} file, both of which can
723 be obtained from the FSF as part of the @code{texinfo} package.
724 To print the Calc manual in one huge tome, you will need the
725 source code to this manual, @file{calc.texi}, available as part of the
726 Emacs source.  Once you have this file, type @kbd{texi2dvi calc.texi}.
727 Alternatively, change to the @file{man} subdirectory of the Emacs
728 source distribution, and type @kbd{make calc.dvi}. (Don't worry if you
729 get some ``overfull box'' warnings while @TeX{} runs.)
730 The result will be a device-independent output file called
731 @file{calc.dvi}, which you must print in whatever way is right
732 for your system.  On many systems, the command is
734 @example
735 lpr -d calc.dvi
736 @end example
738 @noindent
741 @example
742 dvips calc.dvi
743 @end example
745 @c Printed copies of this manual are also available from the Free Software
746 @c Foundation.
748 @node Notations Used in This Manual, Demonstration of Calc, About This Manual, Getting Started
749 @section Notations Used in This Manual
751 @noindent
752 This section describes the various notations that are used
753 throughout the Calc manual.
755 In keystroke sequences, uppercase letters mean you must hold down
756 the shift key while typing the letter.  Keys pressed with Control
757 held down are shown as @kbd{C-x}.  Keys pressed with Meta held down
758 are shown as @kbd{M-x}.  Other notations are @key{RET} for the
759 Return key, @key{SPC} for the space bar, @key{TAB} for the Tab key,
760 @key{DEL} for the Delete key, and @key{LFD} for the Line-Feed key.
761 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards, it is
762 whatever key you would use to correct a simple typing error when
763 regularly using Emacs.
765 (If you don't have the @key{LFD} or @key{TAB} keys on your keyboard,
766 the @kbd{C-j} and @kbd{C-i} keys are equivalent to them, respectively.
767 If you don't have a Meta key, look for Alt or Extend Char.  You can
768 also press @key{ESC} or @kbd{C-[} first to get the same effect, so
769 that @kbd{M-x}, @kbd{@key{ESC} x}, and @kbd{C-[ x} are all equivalent.)
771 Sometimes the @key{RET} key is not shown when it is ``obvious''
772 that you must press @key{RET} to proceed.  For example, the @key{RET}
773 is usually omitted in key sequences like @kbd{M-x calc-keypad @key{RET}}.
775 Commands are generally shown like this:  @kbd{p} (@code{calc-precision})
776 or @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}).  This means that the command is
777 normally used by pressing the @kbd{p} key or @kbd{C-x * k} key sequence,
778 but it also has the full-name equivalent shown, e.g., @kbd{M-x calc-precision}.
780 Commands that correspond to functions in algebraic notation
781 are written:  @kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}].  This means
782 the @kbd{C} key is equivalent to @kbd{M-x calc-cos}, and that
783 the corresponding function in an algebraic-style formula would
784 be @samp{cos(@var{x})}.
786 A few commands don't have key equivalents:  @code{calc-sincos}
787 [@code{sincos}].
789 @node Demonstration of Calc, Using Calc, Notations Used in This Manual, Getting Started
790 @section A Demonstration of Calc
792 @noindent
793 @cindex Demonstration of Calc
794 This section will show some typical small problems being solved with
795 Calc.  The focus is more on demonstration than explanation, but
796 everything you see here will be covered more thoroughly in the
797 Tutorial.
799 To begin, start Emacs if necessary (usually the command @code{emacs}
800 does this), and type @kbd{C-x * c} to start the
801 Calculator.  (You can also use @kbd{M-x calc} if this doesn't work.
802 @xref{Starting Calc}, for various ways of starting the Calculator.)
804 Be sure to type all the sample input exactly, especially noting the
805 difference between lower-case and upper-case letters.  Remember,
806 @key{RET}, @key{TAB}, @key{DEL}, and @key{SPC} are the Return, Tab,
807 Delete, and Space keys.
809 @strong{RPN calculation.}  In RPN, you type the input number(s) first,
810 then the command to operate on the numbers.
812 @noindent
813 Type @kbd{2 @key{RET} 3 + Q} to compute 
814 @texline @math{\sqrt{2+3} = 2.2360679775}.
815 @infoline the square root of 2+3, which is 2.2360679775.
817 @noindent
818 Type @kbd{P 2 ^} to compute 
819 @texline @math{\pi^2 = 9.86960440109}.
820 @infoline the value of `pi' squared, 9.86960440109.
822 @noindent
823 Type @key{TAB} to exchange the order of these two results.
825 @noindent
826 Type @kbd{- I H S} to subtract these results and compute the Inverse
827 Hyperbolic sine of the difference, 2.72996136574.
829 @noindent
830 Type @key{DEL} to erase this result.
832 @strong{Algebraic calculation.}  You can also enter calculations using
833 conventional ``algebraic'' notation.  To enter an algebraic formula,
834 use the apostrophe key.
836 @noindent
837 Type @kbd{' sqrt(2+3) @key{RET}} to compute 
838 @texline @math{\sqrt{2+3}}.
839 @infoline the square root of 2+3.
841 @noindent
842 Type @kbd{' pi^2 @key{RET}} to enter 
843 @texline @math{\pi^2}.
844 @infoline `pi' squared.  
845 To evaluate this symbolic formula as a number, type @kbd{=}.
847 @noindent
848 Type @kbd{' arcsinh($ - $$) @key{RET}} to subtract the second-most-recent
849 result from the most-recent and compute the Inverse Hyperbolic sine.
851 @strong{Keypad mode.}  If you are using the X window system, press
852 @w{@kbd{C-x * k}} to get Keypad mode.  (If you don't use X, skip to
853 the next section.)
855 @noindent
856 Click on the @key{2}, @key{ENTER}, @key{3}, @key{+}, and @key{SQRT}
857 ``buttons'' using your left mouse button.
859 @noindent
860 Click on @key{PI}, @key{2}, and @tfn{y^x}.
862 @noindent
863 Click on @key{INV}, then @key{ENTER} to swap the two results.
865 @noindent
866 Click on @key{-}, @key{INV}, @key{HYP}, and @key{SIN}.
868 @noindent
869 Click on @key{<-} to erase the result, then click @key{OFF} to turn
870 the Keypad Calculator off.
872 @strong{Grabbing data.}  Type @kbd{C-x * x} if necessary to exit Calc.
873 Now select the following numbers as an Emacs region:  ``Mark'' the
874 front of the list by typing @kbd{C-@key{SPC}} or @kbd{C-@@} there,
875 then move to the other end of the list.  (Either get this list from
876 the on-line copy of this manual, accessed by @w{@kbd{C-x * i}}, or just
877 type these numbers into a scratch file.)  Now type @kbd{C-x * g} to
878 ``grab'' these numbers into Calc.
880 @example
881 @group
882 1.23  1.97
883 1.6   2
884 1.19  1.08
885 @end group
886 @end example
888 @noindent
889 The result @samp{[1.23, 1.97, 1.6, 2, 1.19, 1.08]} is a Calc ``vector.''
890 Type @w{@kbd{V R +}} to compute the sum of these numbers.
892 @noindent
893 Type @kbd{U} to Undo this command, then type @kbd{V R *} to compute
894 the product of the numbers.
896 @noindent
897 You can also grab data as a rectangular matrix.  Place the cursor on
898 the upper-leftmost @samp{1} and set the mark, then move to just after
899 the lower-right @samp{8} and press @kbd{C-x * r}.
901 @noindent
902 Type @kbd{v t} to transpose this 
903 @texline @math{3\times2}
904 @infoline 3x2 
905 matrix into a 
906 @texline @math{2\times3}
907 @infoline 2x3
908 matrix.  Type @w{@kbd{v u}} to unpack the rows into two separate
909 vectors.  Now type @w{@kbd{V R + @key{TAB} V R +}} to compute the sums
910 of the two original columns. (There is also a special
911 grab-and-sum-columns command, @kbd{C-x * :}.)
913 @strong{Units conversion.}  Units are entered algebraically.
914 Type @w{@kbd{' 43 mi/hr @key{RET}}} to enter the quantity 43 miles-per-hour.
915 Type @w{@kbd{u c km/hr @key{RET}}}.  Type @w{@kbd{u c m/s @key{RET}}}.
917 @strong{Date arithmetic.}  Type @kbd{t N} to get the current date and
918 time.  Type @kbd{90 +} to find the date 90 days from now.  Type
919 @kbd{' <25 dec 87> @key{RET}} to enter a date, then @kbd{- 7 /} to see how
920 many weeks have passed since then.
922 @strong{Algebra.}  Algebraic entries can also include formulas
923 or equations involving variables.  Type @kbd{@w{' [x + y} = a, x y = 1] @key{RET}}
924 to enter a pair of equations involving three variables.
925 (Note the leading apostrophe in this example; also, note that the space
926 between @samp{x y} is required.)  Type @w{@kbd{a S x,y @key{RET}}} to solve
927 these equations for the variables @expr{x} and @expr{y}.
929 @noindent
930 Type @kbd{d B} to view the solutions in more readable notation.
931 Type @w{@kbd{d C}} to view them in C language notation, @kbd{d T}
932 to view them in the notation for the @TeX{} typesetting system,
933 and @kbd{d L} to view them in the notation for the La@TeX{} typesetting
934 system.  Type @kbd{d N} to return to normal notation.
936 @noindent
937 Type @kbd{7.5}, then @kbd{s l a @key{RET}} to let @expr{a = 7.5} in these formulas.
938 (That's a letter @kbd{l}, not a numeral @kbd{1}.)
940 @iftex
941 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
942 manual.  Type @kbd{C-x * c} to return to Calc after each of these
943 commands: @kbd{h k t N} to read about the @kbd{t N} command,
944 @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the @code{sqrt} function, and
945 @kbd{h s} to read the Calc summary.
946 @end iftex
947 @ifinfo
948 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
949 manual.  Remember to type the letter @kbd{l}, then @kbd{C-x * c}, to
950 return here after each of these commands: @w{@kbd{h k t N}} to read
951 about the @w{@kbd{t N}} command, @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the
952 @code{sqrt} function, and @kbd{h s} to read the Calc summary.
953 @end ifinfo
955 Press @key{DEL} repeatedly to remove any leftover results from the stack.
956 To exit from Calc, press @kbd{q} or @kbd{C-x * c} again.
958 @node Using Calc, History and Acknowledgements, Demonstration of Calc, Getting Started
959 @section Using Calc
961 @noindent
962 Calc has several user interfaces that are specialized for
963 different kinds of tasks.  As well as Calc's standard interface,
964 there are Quick mode, Keypad mode, and Embedded mode.
966 @menu
967 * Starting Calc::
968 * The Standard Interface::
969 * Quick Mode Overview::
970 * Keypad Mode Overview::
971 * Standalone Operation::
972 * Embedded Mode Overview::
973 * Other C-x * Commands::
974 @end menu
976 @node Starting Calc, The Standard Interface, Using Calc, Using Calc
977 @subsection Starting Calc
979 @noindent
980 On most systems, you can type @kbd{C-x *} to start the Calculator.
981 The key sequence @kbd{C-x *} is bound to the command @code{calc-dispatch}, 
982 which can be rebound if convenient (@pxref{Customizing Calc}).
984 When you press @kbd{C-x *}, Emacs waits for you to press a second key to
985 complete the command.  In this case, you will follow @kbd{C-x *} with a
986 letter (upper- or lower-case, it doesn't matter for @kbd{C-x *}) that says
987 which Calc interface you want to use.
989 To get Calc's standard interface, type @kbd{C-x * c}.  To get
990 Keypad mode, type @kbd{C-x * k}.  Type @kbd{C-x * ?} to get a brief
991 list of the available options, and type a second @kbd{?} to get
992 a complete list.
994 To ease typing, @kbd{C-x * *} also works to start Calc.  It starts the
995 same interface (either @kbd{C-x * c} or @w{@kbd{C-x * k}}) that you last
996 used, selecting the @kbd{C-x * c} interface by default.
998 If @kbd{C-x *} doesn't work for you, you can always type explicit
999 commands like @kbd{M-x calc} (for the standard user interface) or
1000 @w{@kbd{M-x calc-keypad}} (for Keypad mode).  First type @kbd{M-x}
1001 (that's Meta with the letter @kbd{x}), then, at the prompt,
1002 type the full command (like @kbd{calc-keypad}) and press Return.
1004 The same commands (like @kbd{C-x * c} or @kbd{C-x * *}) that start
1005 the Calculator also turn it off if it is already on.
1007 @node The Standard Interface, Quick Mode Overview, Starting Calc, Using Calc
1008 @subsection The Standard Calc Interface
1010 @noindent
1011 @cindex Standard user interface
1012 Calc's standard interface acts like a traditional RPN calculator,
1013 operated by the normal Emacs keyboard.  When you type @kbd{C-x * c}
1014 to start the Calculator, the Emacs screen splits into two windows
1015 with the file you were editing on top and Calc on the bottom.
1017 @smallexample
1018 @group
1021 --**-Emacs: myfile             (Fundamental)----All----------------------
1022 --- Emacs Calculator Mode ---                   |Emacs Calc Mode v2.1 ...
1023 2:  17.3                                        |    17.3
1024 1:  -5                                          |    3
1025     .                                           |    2
1026                                                 |    4
1027                                                 |  * 8
1028                                                 |  ->-5
1029                                                 |
1030 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All----- --%%-Emacs: *Calc Trail*
1031 @end group
1032 @end smallexample
1034 In this figure, the mode-line for @file{myfile} has moved up and the
1035 ``Calculator'' window has appeared below it.  As you can see, Calc
1036 actually makes two windows side-by-side.  The lefthand one is
1037 called the @dfn{stack window} and the righthand one is called the
1038 @dfn{trail window.}  The stack holds the numbers involved in the
1039 calculation you are currently performing.  The trail holds a complete
1040 record of all calculations you have done.  In a desk calculator with
1041 a printer, the trail corresponds to the paper tape that records what
1042 you do.
1044 In this case, the trail shows that four numbers (17.3, 3, 2, and 4)
1045 were first entered into the Calculator, then the 2 and 4 were
1046 multiplied to get 8, then the 3 and 8 were subtracted to get @mathit{-5}.
1047 (The @samp{>} symbol shows that this was the most recent calculation.)
1048 The net result is the two numbers 17.3 and @mathit{-5} sitting on the stack.
1050 Most Calculator commands deal explicitly with the stack only, but
1051 there is a set of commands that allow you to search back through
1052 the trail and retrieve any previous result.
1054 Calc commands use the digits, letters, and punctuation keys.
1055 Shifted (i.e., upper-case) letters are different from lowercase
1056 letters.  Some letters are @dfn{prefix} keys that begin two-letter
1057 commands.  For example, @kbd{e} means ``enter exponent'' and shifted
1058 @kbd{E} means @expr{e^x}.  With the @kbd{d} (``display modes'') prefix
1059 the letter ``e'' takes on very different meanings:  @kbd{d e} means
1060 ``engineering notation'' and @kbd{d E} means ``@dfn{eqn} language mode.''
1062 There is nothing stopping you from switching out of the Calc
1063 window and back into your editing window, say by using the Emacs
1064 @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window}) command.  When the cursor is
1065 inside a regular window, Emacs acts just like normal.  When the
1066 cursor is in the Calc stack or trail windows, keys are interpreted
1067 as Calc commands.
1069 When you quit by pressing @kbd{C-x * c} a second time, the Calculator
1070 windows go away but the actual Stack and Trail are not gone, just
1071 hidden.  When you press @kbd{C-x * c} once again you will get the
1072 same stack and trail contents you had when you last used the
1073 Calculator.
1075 The Calculator does not remember its state between Emacs sessions.
1076 Thus if you quit Emacs and start it again, @kbd{C-x * c} will give you
1077 a fresh stack and trail.  There is a command (@kbd{m m}) that lets
1078 you save your favorite mode settings between sessions, though.
1079 One of the things it saves is which user interface (standard or
1080 Keypad) you last used; otherwise, a freshly started Emacs will
1081 always treat @kbd{C-x * *} the same as @kbd{C-x * c}.
1083 The @kbd{q} key is another equivalent way to turn the Calculator off.
1085 If you type @kbd{C-x * b} first and then @kbd{C-x * c}, you get a
1086 full-screen version of Calc (@code{full-calc}) in which the stack and
1087 trail windows are still side-by-side but are now as tall as the whole
1088 Emacs screen.  When you press @kbd{q} or @kbd{C-x * c} again to quit,
1089 the file you were editing before reappears.  The @kbd{C-x * b} key
1090 switches back and forth between ``big'' full-screen mode and the
1091 normal partial-screen mode.
1093 Finally, @kbd{C-x * o} (@code{calc-other-window}) is like @kbd{C-x * c}
1094 except that the Calc window is not selected.  The buffer you were
1095 editing before remains selected instead.  @kbd{C-x * o} is a handy
1096 way to switch out of Calc momentarily to edit your file; type
1097 @kbd{C-x * c} to switch back into Calc when you are done.
1099 @node Quick Mode Overview, Keypad Mode Overview, The Standard Interface, Using Calc
1100 @subsection Quick Mode (Overview)
1102 @noindent
1103 @dfn{Quick mode} is a quick way to use Calc when you don't need the
1104 full complexity of the stack and trail.  To use it, type @kbd{C-x * q}
1105 (@code{quick-calc}) in any regular editing buffer.
1107 Quick mode is very simple:  It prompts you to type any formula in
1108 standard algebraic notation (like @samp{4 - 2/3}) and then displays
1109 the result at the bottom of the Emacs screen (@mathit{3.33333333333}
1110 in this case).  You are then back in the same editing buffer you
1111 were in before, ready to continue editing or to type @kbd{C-x * q}
1112 again to do another quick calculation.  The result of the calculation
1113 will also be in the Emacs ``kill ring'' so that a @kbd{C-y} command
1114 at this point will yank the result into your editing buffer.
1116 Calc mode settings affect Quick mode, too, though you will have to
1117 go into regular Calc (with @kbd{C-x * c}) to change the mode settings.
1119 @c [fix-ref Quick Calculator mode]
1120 @xref{Quick Calculator}, for further information.
1122 @node Keypad Mode Overview, Standalone Operation, Quick Mode Overview, Using Calc
1123 @subsection Keypad Mode (Overview)
1125 @noindent
1126 @dfn{Keypad mode} is a mouse-based interface to the Calculator.
1127 It is designed for use with terminals that support a mouse.  If you
1128 don't have a mouse, you will have to operate Keypad mode with your
1129 arrow keys (which is probably more trouble than it's worth).
1131 Type @kbd{C-x * k} to turn Keypad mode on or off.  Once again you
1132 get two new windows, this time on the righthand side of the screen
1133 instead of at the bottom.  The upper window is the familiar Calc
1134 Stack; the lower window is a picture of a typical calculator keypad.
1136 @tex
1137 \dimen0=\pagetotal%
1138 \advance \dimen0 by 24\baselineskip%
1139 \ifdim \dimen0>\pagegoal \vfill\eject \fi%
1140 \medskip
1141 @end tex
1142 @smallexample
1143 @group
1144 |--- Emacs Calculator Mode ---
1145 |2:  17.3
1146 |1:  -5
1147 |    .
1148 |--%%-Calc: 12 Deg       (Calcul
1149 |----+-----Calc 2.1------+----1
1150 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
1151 |----+----+----+----+----+----|
1152 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
1153 |----+----+----+----+----+----|
1154 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
1155 |----+----+----+----+----+----|
1156 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
1157 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
1158 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
1159 |-----+-----+-----+-----+-----|
1160 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
1161 |-----+-----+-----+-----+-----|
1162 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
1163 |-----+-----+-----+-----+-----|
1164 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
1165 |-----+-----+-----+-----+-----+
1166 @end group
1167 @end smallexample
1169 Keypad mode is much easier for beginners to learn, because there
1170 is no need to memorize lots of obscure key sequences.  But not all
1171 commands in regular Calc are available on the Keypad.  You can
1172 always switch the cursor into the Calc stack window to use
1173 standard Calc commands if you need.  Serious Calc users, though,
1174 often find they prefer the standard interface over Keypad mode.
1176 To operate the Calculator, just click on the ``buttons'' of the
1177 keypad using your left mouse button.  To enter the two numbers
1178 shown here you would click @w{@kbd{1 7 .@: 3 ENTER 5 +/- ENTER}}; to
1179 add them together you would then click @kbd{+} (to get 12.3 on
1180 the stack).
1182 If you click the right mouse button, the top three rows of the
1183 keypad change to show other sets of commands, such as advanced
1184 math functions, vector operations, and operations on binary
1185 numbers.
1187 Because Keypad mode doesn't use the regular keyboard, Calc leaves
1188 the cursor in your original editing buffer.  You can type in
1189 this buffer in the usual way while also clicking on the Calculator
1190 keypad.  One advantage of Keypad mode is that you don't need an
1191 explicit command to switch between editing and calculating.
1193 If you press @kbd{C-x * b} first, you get a full-screen Keypad mode
1194 (@code{full-calc-keypad}) with three windows:  The keypad in the lower
1195 left, the stack in the lower right, and the trail on top.
1197 @c [fix-ref Keypad Mode]
1198 @xref{Keypad Mode}, for further information.
1200 @node Standalone Operation, Embedded Mode Overview, Keypad Mode Overview, Using Calc
1201 @subsection Standalone Operation
1203 @noindent
1204 @cindex Standalone Operation
1205 If you are not in Emacs at the moment but you wish to use Calc,
1206 you must start Emacs first.  If all you want is to run Calc, you
1207 can give the commands:
1209 @example
1210 emacs -f full-calc
1211 @end example
1213 @noindent
1216 @example
1217 emacs -f full-calc-keypad
1218 @end example
1220 @noindent
1221 which run a full-screen Calculator (as if by @kbd{C-x * b C-x * c}) or
1222 a full-screen X-based Calculator (as if by @kbd{C-x * b C-x * k}).
1223 In standalone operation, quitting the Calculator (by pressing
1224 @kbd{q} or clicking on the keypad @key{EXIT} button) quits Emacs
1225 itself.
1227 @node Embedded Mode Overview, Other C-x * Commands, Standalone Operation, Using Calc
1228 @subsection Embedded Mode (Overview)
1230 @noindent
1231 @dfn{Embedded mode} is a way to use Calc directly from inside an
1232 editing buffer.  Suppose you have a formula written as part of a
1233 document like this:
1235 @smallexample
1236 @group
1237 The derivative of
1239                                    ln(ln(x))
1242 @end group
1243 @end smallexample
1245 @noindent
1246 and you wish to have Calc compute and format the derivative for
1247 you and store this derivative in the buffer automatically.  To
1248 do this with Embedded mode, first copy the formula down to where
1249 you want the result to be:
1251 @smallexample
1252 @group
1253 The derivative of
1255                                    ln(ln(x))
1259                                    ln(ln(x))
1260 @end group
1261 @end smallexample
1263 Now, move the cursor onto this new formula and press @kbd{C-x * e}.
1264 Calc will read the formula (using the surrounding blank lines to
1265 tell how much text to read), then push this formula (invisibly)
1266 onto the Calc stack.  The cursor will stay on the formula in the
1267 editing buffer, but the buffer's mode line will change to look
1268 like the Calc mode line (with mode indicators like @samp{12 Deg}
1269 and so on).  Even though you are still in your editing buffer,
1270 the keyboard now acts like the Calc keyboard, and any new result
1271 you get is copied from the stack back into the buffer.  To take
1272 the derivative, you would type @kbd{a d x @key{RET}}.
1274 @smallexample
1275 @group
1276 The derivative of
1278                                    ln(ln(x))
1282 1 / ln(x) x
1283 @end group
1284 @end smallexample
1286 To make this look nicer, you might want to press @kbd{d =} to center
1287 the formula, and even @kbd{d B} to use Big display mode.
1289 @smallexample
1290 @group
1291 The derivative of
1293                                    ln(ln(x))
1296 % [calc-mode: justify: center]
1297 % [calc-mode: language: big]
1299                                        1
1300                                     -------
1301                                     ln(x) x
1302 @end group
1303 @end smallexample
1305 Calc has added annotations to the file to help it remember the modes
1306 that were used for this formula.  They are formatted like comments
1307 in the @TeX{} typesetting language, just in case you are using @TeX{} or
1308 La@TeX{}. (In this example @TeX{} is not being used, so you might want
1309 to move these comments up to the top of the file or otherwise put them
1310 out of the way.)
1312 As an extra flourish, we can add an equation number using a
1313 righthand label:  Type @kbd{d @} (1) @key{RET}}.
1315 @smallexample
1316 @group
1317 % [calc-mode: justify: center]
1318 % [calc-mode: language: big]
1319 % [calc-mode: right-label: " (1)"]
1321                                        1
1322                                     -------                      (1)
1323                                     ln(x) x
1324 @end group
1325 @end smallexample
1327 To leave Embedded mode, type @kbd{C-x * e} again.  The mode line
1328 and keyboard will revert to the way they were before.
1330 The related command @kbd{C-x * w} operates on a single word, which
1331 generally means a single number, inside text.  It uses any
1332 non-numeric characters rather than blank lines to delimit the
1333 formula it reads.  Here's an example of its use:
1335 @smallexample
1336 A slope of one-third corresponds to an angle of 1 degrees.
1337 @end smallexample
1339 Place the cursor on the @samp{1}, then type @kbd{C-x * w} to enable
1340 Embedded mode on that number.  Now type @kbd{3 /} (to get one-third),
1341 and @kbd{I T} (the Inverse Tangent converts a slope into an angle),
1342 then @w{@kbd{C-x * w}} again to exit Embedded mode.
1344 @smallexample
1345 A slope of one-third corresponds to an angle of 18.4349488229 degrees.
1346 @end smallexample
1348 @c [fix-ref Embedded Mode]
1349 @xref{Embedded Mode}, for full details.
1351 @node Other C-x * Commands, , Embedded Mode Overview, Using Calc
1352 @subsection Other @kbd{C-x *} Commands
1354 @noindent
1355 Two more Calc-related commands are @kbd{C-x * g} and @kbd{C-x * r},
1356 which ``grab'' data from a selected region of a buffer into the
1357 Calculator.  The region is defined in the usual Emacs way, by
1358 a ``mark'' placed at one end of the region, and the Emacs
1359 cursor or ``point'' placed at the other.
1361 The @kbd{C-x * g} command reads the region in the usual left-to-right,
1362 top-to-bottom order.  The result is packaged into a Calc vector
1363 of numbers and placed on the stack.  Calc (in its standard
1364 user interface) is then started.  Type @kbd{v u} if you want
1365 to unpack this vector into separate numbers on the stack.  Also,
1366 @kbd{C-u C-x * g} interprets the region as a single number or
1367 formula.
1369 The @kbd{C-x * r} command reads a rectangle, with the point and
1370 mark defining opposite corners of the rectangle.  The result
1371 is a matrix of numbers on the Calculator stack.
1373 Complementary to these is @kbd{C-x * y}, which ``yanks'' the
1374 value at the top of the Calc stack back into an editing buffer.
1375 If you type @w{@kbd{C-x * y}} while in such a buffer, the value is
1376 yanked at the current position.  If you type @kbd{C-x * y} while
1377 in the Calc buffer, Calc makes an educated guess as to which
1378 editing buffer you want to use.  The Calc window does not have
1379 to be visible in order to use this command, as long as there
1380 is something on the Calc stack.
1382 Here, for reference, is the complete list of @kbd{C-x *} commands.
1383 The shift, control, and meta keys are ignored for the keystroke
1384 following @kbd{C-x *}.
1386 @noindent
1387 Commands for turning Calc on and off:
1389 @table @kbd
1390 @item *
1391 Turn Calc on or off, employing the same user interface as last time.
1393 @item =, +, -, /, \, &, #
1394 Alternatives for @kbd{*}.
1396 @item C
1397 Turn Calc on or off using its standard bottom-of-the-screen
1398 interface.  If Calc is already turned on but the cursor is not
1399 in the Calc window, move the cursor into the window.
1401 @item O
1402 Same as @kbd{C}, but don't select the new Calc window.  If
1403 Calc is already turned on and the cursor is in the Calc window,
1404 move it out of that window.
1406 @item B
1407 Control whether @kbd{C-x * c} and @kbd{C-x * k} use the full screen.
1409 @item Q
1410 Use Quick mode for a single short calculation.
1412 @item K
1413 Turn Calc Keypad mode on or off.
1415 @item E
1416 Turn Calc Embedded mode on or off at the current formula.
1418 @item J
1419 Turn Calc Embedded mode on or off, select the interesting part.
1421 @item W
1422 Turn Calc Embedded mode on or off at the current word (number).
1424 @item Z
1425 Turn Calc on in a user-defined way, as defined by a @kbd{Z I} command.
1427 @item X
1428 Quit Calc; turn off standard, Keypad, or Embedded mode if on.
1429 (This is like @kbd{q} or @key{OFF} inside of Calc.)
1430 @end table
1431 @iftex
1432 @sp 2
1433 @end iftex
1435 @noindent
1436 Commands for moving data into and out of the Calculator:
1438 @table @kbd
1439 @item G
1440 Grab the region into the Calculator as a vector.
1442 @item R
1443 Grab the rectangular region into the Calculator as a matrix.
1445 @item :
1446 Grab the rectangular region and compute the sums of its columns.
1448 @item _
1449 Grab the rectangular region and compute the sums of its rows.
1451 @item Y
1452 Yank a value from the Calculator into the current editing buffer.
1453 @end table
1454 @iftex
1455 @sp 2
1456 @end iftex
1458 @noindent
1459 Commands for use with Embedded mode:
1461 @table @kbd
1462 @item A
1463 ``Activate'' the current buffer.  Locate all formulas that
1464 contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols and record their locations
1465 so that they can be updated automatically as variables are changed.
1467 @item D
1468 Duplicate the current formula immediately below and select
1469 the duplicate.
1471 @item F
1472 Insert a new formula at the current point.
1474 @item N
1475 Move the cursor to the next active formula in the buffer.
1477 @item P
1478 Move the cursor to the previous active formula in the buffer.
1480 @item U
1481 Update (i.e., as if by the @kbd{=} key) the formula at the current point.
1483 @item `
1484 Edit (as if by @code{calc-edit}) the formula at the current point.
1485 @end table
1486 @iftex
1487 @sp 2
1488 @end iftex
1490 @noindent
1491 Miscellaneous commands:
1493 @table @kbd
1494 @item I
1495 Run the Emacs Info system to read the Calc manual.
1496 (This is the same as @kbd{h i} inside of Calc.)
1498 @item T
1499 Run the Emacs Info system to read the Calc Tutorial.
1501 @item S
1502 Run the Emacs Info system to read the Calc Summary.
1504 @item L
1505 Load Calc entirely into memory.  (Normally the various parts
1506 are loaded only as they are needed.)
1508 @item M
1509 Read a region of written keystroke names (like @kbd{C-n a b c @key{RET}})
1510 and record them as the current keyboard macro.
1512 @item 0
1513 (This is the ``zero'' digit key.)  Reset the Calculator to
1514 its initial state:  Empty stack, and initial mode settings.
1515 @end table
1517 @node History and Acknowledgements, , Using Calc, Getting Started
1518 @section History and Acknowledgements
1520 @noindent
1521 Calc was originally started as a two-week project to occupy a lull
1522 in the author's schedule.  Basically, a friend asked if I remembered
1523 the value of 
1524 @texline @math{2^{32}}.
1525 @infoline @expr{2^32}.  
1526 I didn't offhand, but I said, ``that's easy, just call up an
1527 @code{xcalc}.''  @code{Xcalc} duly reported that the answer to our
1528 question was @samp{4.294967e+09}---with no way to see the full ten
1529 digits even though we knew they were there in the program's memory!  I
1530 was so annoyed, I vowed to write a calculator of my own, once and for
1531 all.
1533 I chose Emacs Lisp, a) because I had always been curious about it
1534 and b) because, being only a text editor extension language after
1535 all, Emacs Lisp would surely reach its limits long before the project
1536 got too far out of hand.
1538 To make a long story short, Emacs Lisp turned out to be a distressingly
1539 solid implementation of Lisp, and the humble task of calculating
1540 turned out to be more open-ended than one might have expected.
1542 Emacs Lisp didn't have built-in floating point math (now it does), so
1543 this had to be
1544 simulated in software.  In fact, Emacs integers will only comfortably
1545 fit six decimal digits or so---not enough for a decent calculator.  So
1546 I had to write my own high-precision integer code as well, and once I had
1547 this I figured that arbitrary-size integers were just as easy as large
1548 integers.  Arbitrary floating-point precision was the logical next step.
1549 Also, since the large integer arithmetic was there anyway it seemed only
1550 fair to give the user direct access to it, which in turn made it practical
1551 to support fractions as well as floats.  All these features inspired me
1552 to look around for other data types that might be worth having.
1554 Around this time, my friend Rick Koshi showed me his nifty new HP-28
1555 calculator.  It allowed the user to manipulate formulas as well as
1556 numerical quantities, and it could also operate on matrices.  I
1557 decided that these would be good for Calc to have, too.  And once
1558 things had gone this far, I figured I might as well take a look at
1559 serious algebra systems for further ideas.  Since these systems did
1560 far more than I could ever hope to implement, I decided to focus on
1561 rewrite rules and other programming features so that users could
1562 implement what they needed for themselves.
1564 Rick complained that matrices were hard to read, so I put in code to
1565 format them in a 2D style.  Once these routines were in place, Big mode
1566 was obligatory.  Gee, what other language modes would be useful?
1568 Scott Hemphill and Allen Knutson, two friends with a strong mathematical
1569 bent, contributed ideas and algorithms for a number of Calc features
1570 including modulo forms, primality testing, and float-to-fraction conversion.
1572 Units were added at the eager insistence of Mass Sivilotti.  Later,
1573 Ulrich Mueller at CERN and Przemek Klosowski at NIST provided invaluable
1574 expert assistance with the units table.  As far as I can remember, the
1575 idea of using algebraic formulas and variables to represent units dates
1576 back to an ancient article in Byte magazine about muMath, an early
1577 algebra system for microcomputers.
1579 Many people have contributed to Calc by reporting bugs and suggesting
1580 features, large and small.  A few deserve special mention:  Tim Peters,
1581 who helped develop the ideas that led to the selection commands, rewrite
1582 rules, and many other algebra features; 
1583 @texline Fran\c{c}ois
1584 @infoline Francois
1585 Pinard, who contributed an early prototype of the Calc Summary appendix
1586 as well as providing valuable suggestions in many other areas of Calc;
1587 Carl Witty, whose eagle eyes discovered many typographical and factual
1588 errors in the Calc manual; Tim Kay, who drove the development of
1589 Embedded mode; Ove Ewerlid, who made many suggestions relating to the
1590 algebra commands and contributed some code for polynomial operations;
1591 Randal Schwartz, who suggested the @code{calc-eval} function; Robert
1592 J. Chassell, who suggested the Calc Tutorial and exercises; and Juha
1593 Sarlin, who first worked out how to split Calc into quickly-loading
1594 parts.  Bob Weiner helped immensely with the Lucid Emacs port.
1596 @cindex Bibliography
1597 @cindex Knuth, Art of Computer Programming
1598 @cindex Numerical Recipes
1599 @c Should these be expanded into more complete references?
1600 Among the books used in the development of Calc were Knuth's @emph{Art
1601 of Computer Programming} (especially volume II, @emph{Seminumerical
1602 Algorithms}); @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky,
1603 and Vetterling; Bevington's @emph{Data Reduction and Error Analysis
1604 for the Physical Sciences}; @emph{Concrete Mathematics} by Graham,
1605 Knuth, and Patashnik; Steele's @emph{Common Lisp, the Language}; the
1606 @emph{CRC Standard Math Tables} (William H. Beyer, ed.); and
1607 Abramowitz and Stegun's venerable @emph{Handbook of Mathematical
1608 Functions}.  Also, of course, Calc could not have been written without
1609 the excellent @emph{GNU Emacs Lisp Reference Manual}, by Bil Lewis and
1610 Dan LaLiberte.
1612 Final thanks go to Richard Stallman, without whose fine implementations
1613 of the Emacs editor, language, and environment, Calc would have been
1614 finished in two weeks.
1616 @c [tutorial]
1618 @ifinfo
1619 @c This node is accessed by the `C-x * t' command.
1620 @node Interactive Tutorial, , , Top
1621 @chapter Tutorial
1623 @noindent
1624 Some brief instructions on using the Emacs Info system for this tutorial:
1626 Press the space bar and Delete keys to go forward and backward in a
1627 section by screenfuls (or use the regular Emacs scrolling commands
1628 for this).
1630 Press @kbd{n} or @kbd{p} to go to the Next or Previous section.
1631 If the section has a @dfn{menu}, press a digit key like @kbd{1}
1632 or @kbd{2} to go to a sub-section from the menu.  Press @kbd{u} to
1633 go back up from a sub-section to the menu it is part of.
1635 Exercises in the tutorial all have cross-references to the
1636 appropriate page of the ``answers'' section.  Press @kbd{f}, then
1637 the exercise number, to see the answer to an exercise.  After
1638 you have followed a cross-reference, you can press the letter
1639 @kbd{l} to return to where you were before.
1641 You can press @kbd{?} at any time for a brief summary of Info commands.
1643 Press @kbd{1} now to enter the first section of the Tutorial.
1645 @menu
1646 * Tutorial::
1647 @end menu
1648 @end ifinfo
1650 @node Tutorial, Introduction, Getting Started, Top
1651 @chapter Tutorial
1653 @noindent
1654 This chapter explains how to use Calc and its many features, in
1655 a step-by-step, tutorial way.  You are encouraged to run Calc and
1656 work along with the examples as you read (@pxref{Starting Calc}).
1657 If you are already familiar with advanced calculators, you may wish
1658 @c [not-split]
1659 to skip on to the rest of this manual.
1660 @c [when-split]
1661 @c to skip on to volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}.
1663 @c [fix-ref Embedded Mode]
1664 This tutorial describes the standard user interface of Calc only.
1665 The Quick mode and Keypad mode interfaces are fairly
1666 self-explanatory.  @xref{Embedded Mode}, for a description of
1667 the Embedded mode interface.
1669 @ifinfo
1670 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1671 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1672 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1673 @kbd{C-x * c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1674 press @kbd{C-x * i} to start the Info system or to switch into its window.
1675 Or, you may prefer to use the tutorial in printed form.
1676 @end ifinfo
1677 @iftex
1678 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1679 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1680 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1681 @kbd{C-x * c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1682 press @kbd{C-x * i} to start the Info system or to switch into its window.
1683 @end iftex
1685 This tutorial is designed to be done in sequence.  But the rest of this
1686 manual does not assume you have gone through the tutorial.  The tutorial
1687 does not cover everything in the Calculator, but it touches on most
1688 general areas.
1690 @ifinfo
1691 You may wish to print out a copy of the Calc Summary and keep notes on
1692 it as you learn Calc.  @xref{About This Manual}, to see how to make a
1693 printed summary.  @xref{Summary}.
1694 @end ifinfo
1695 @iftex
1696 The Calc Summary at the end of the reference manual includes some blank
1697 space for your own use.  You may wish to keep notes there as you learn
1698 Calc.
1699 @end iftex
1701 @menu
1702 * Basic Tutorial::
1703 * Arithmetic Tutorial::
1704 * Vector/Matrix Tutorial::
1705 * Types Tutorial::
1706 * Algebra Tutorial::
1707 * Programming Tutorial::
1709 * Answers to Exercises::
1710 @end menu
1712 @node Basic Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial, Tutorial
1713 @section Basic Tutorial
1715 @noindent
1716 In this section, we learn how RPN and algebraic-style calculations
1717 work, how to undo and redo an operation done by mistake, and how
1718 to control various modes of the Calculator.
1720 @menu
1721 * RPN Tutorial::            Basic operations with the stack.
1722 * Algebraic Tutorial::      Algebraic entry; variables.
1723 * Undo Tutorial::           If you make a mistake: Undo and the trail.
1724 * Modes Tutorial::          Common mode-setting commands.
1725 @end menu
1727 @node RPN Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial, Basic Tutorial
1728 @subsection RPN Calculations and the Stack
1730 @cindex RPN notation
1731 @ifinfo
1732 @noindent
1733 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1734 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1735 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1736 Jan Lukasiewicz.)
1737 @end ifinfo
1738 @tex
1739 \noindent
1740 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1741 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1742 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1743 Jan \L ukasiewicz.)
1744 @end tex
1746 The central component of an RPN calculator is the @dfn{stack}.  A
1747 calculator stack is like a stack of dishes.  New dishes (numbers) are
1748 added at the top of the stack, and numbers are normally only removed
1749 from the top of the stack.
1751 @cindex Operators
1752 @cindex Operands
1753 In an operation like @expr{2+3}, the 2 and 3 are called the @dfn{operands}
1754 and the @expr{+} is the @dfn{operator}.  In an RPN calculator you always
1755 enter the operands first, then the operator.  Each time you type a
1756 number, Calc adds or @dfn{pushes} it onto the top of the Stack.
1757 When you press an operator key like @kbd{+}, Calc @dfn{pops} the appropriate
1758 number of operands from the stack and pushes back the result.
1760 Thus we could add the numbers 2 and 3 in an RPN calculator by typing:
1761 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} +}.  (The @key{RET} key, Return, corresponds to
1762 the @key{ENTER} key on traditional RPN calculators.)  Try this now if
1763 you wish; type @kbd{C-x * c} to switch into the Calc window (you can type
1764 @kbd{C-x * c} again or @kbd{C-x * o} to switch back to the Tutorial window).
1765 The first four keystrokes ``push'' the numbers 2 and 3 onto the stack.
1766 The @kbd{+} key ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
1767 and pushes the result (5) back onto the stack.  Here's how the stack
1768 will look at various points throughout the calculation:
1770 @smallexample
1771 @group
1772     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1773                    .          1:  3              .
1774                                   .
1776   C-x * c          2 @key{RET}          3 @key{RET}            +             @key{DEL}
1777 @end group
1778 @end smallexample
1780 The @samp{.} symbol is a marker that represents the top of the stack.
1781 Note that the ``top'' of the stack is really shown at the bottom of
1782 the Stack window.  This may seem backwards, but it turns out to be
1783 less distracting in regular use.
1785 @cindex Stack levels
1786 @cindex Levels of stack
1787 The numbers @samp{1:} and @samp{2:} on the left are @dfn{stack level
1788 numbers}.  Old RPN calculators always had four stack levels called
1789 @expr{x}, @expr{y}, @expr{z}, and @expr{t}.  Calc's stack can grow
1790 as large as you like, so it uses numbers instead of letters.  Some
1791 stack-manipulation commands accept a numeric argument that says
1792 which stack level to work on.  Normal commands like @kbd{+} always
1793 work on the top few levels of the stack.
1795 @c [fix-ref Truncating the Stack]
1796 The Stack buffer is just an Emacs buffer, and you can move around in
1797 it using the regular Emacs motion commands.  But no matter where the
1798 cursor is, even if you have scrolled the @samp{.} marker out of
1799 view, most Calc commands always move the cursor back down to level 1
1800 before doing anything.  It is possible to move the @samp{.} marker
1801 upwards through the stack, temporarily ``hiding'' some numbers from
1802 commands like @kbd{+}.  This is called @dfn{stack truncation} and
1803 we will not cover it in this tutorial; @pxref{Truncating the Stack},
1804 if you are interested.
1806 You don't really need the second @key{RET} in @kbd{2 @key{RET} 3
1807 @key{RET} +}.  That's because if you type any operator name or
1808 other non-numeric key when you are entering a number, the Calculator
1809 automatically enters that number and then does the requested command.
1810 Thus @kbd{2 @key{RET} 3 +} will work just as well.
1812 Examples in this tutorial will often omit @key{RET} even when the
1813 stack displays shown would only happen if you did press @key{RET}:
1815 @smallexample
1816 @group
1817 1:  2          2:  2          1:  5
1818     .          1:  3              .
1819                    .
1821   2 @key{RET}            3              +
1822 @end group
1823 @end smallexample
1825 @noindent
1826 Here, after pressing @kbd{3} the stack would really show @samp{1:  2}
1827 with @samp{Calc:@: 3} in the minibuffer.  In these situations, you can
1828 press the optional @key{RET} to see the stack as the figure shows.
1830 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  (This tutorial will include exercises
1831 at various points.  Try them if you wish.  Answers to all the exercises
1832 are located at the end of the Tutorial chapter.  Each exercise will
1833 include a cross-reference to its particular answer.  If you are
1834 reading with the Emacs Info system, press @kbd{f} and the
1835 exercise number to go to the answer, then the letter @kbd{l} to
1836 return to where you were.)
1838 @noindent
1839 Here's the first exercise:  What will the keystrokes @kbd{1 @key{RET} 2
1840 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -} compute?  (@samp{*} is the symbol for
1841 multiplication.)  Figure it out by hand, then try it with Calc to see
1842 if you're right.  @xref{RPN Answer 1, 1}. (@bullet{})
1844 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Compute 
1845 @texline @math{(2\times4) + (7\times9.4) + {5\over4}}
1846 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4} 
1847 using the stack.  @xref{RPN Answer 2, 2}. (@bullet{})
1849 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards.  It is
1850 whatever key you would use to correct a simple typing error when
1851 regularly using Emacs.  The @key{DEL} key pops and throws away the
1852 top value on the stack.  (You can still get that value back from
1853 the Trail if you should need it later on.)  There are many places
1854 in this tutorial where we assume you have used @key{DEL} to erase the
1855 results of the previous example at the beginning of a new example.
1856 In the few places where it is really important to use @key{DEL} to
1857 clear away old results, the text will remind you to do so.
1859 (It won't hurt to let things accumulate on the stack, except that
1860 whenever you give a display-mode-changing command Calc will have to
1861 spend a long time reformatting such a large stack.)
1863 Since the @kbd{-} key is also an operator (it subtracts the top two
1864 stack elements), how does one enter a negative number?  Calc uses
1865 the @kbd{_} (underscore) key to act like the minus sign in a number.
1866 So, typing @kbd{-5 @key{RET}} won't work because the @kbd{-} key
1867 will try to do a subtraction, but @kbd{_5 @key{RET}} works just fine.
1869 You can also press @kbd{n}, which means ``change sign.''  It changes
1870 the number at the top of the stack (or the number being entered)
1871 from positive to negative or vice-versa:  @kbd{5 n @key{RET}}.
1873 @cindex Duplicating a stack entry
1874 If you press @key{RET} when you're not entering a number, the effect
1875 is to duplicate the top number on the stack.  Consider this calculation:
1877 @smallexample
1878 @group
1879 1:  3          2:  3          1:  9          2:  9          1:  81
1880     .          1:  3              .          1:  9              .
1881                    .                             .
1883   3 @key{RET}           @key{RET}             *             @key{RET}             *
1884 @end group
1885 @end smallexample
1887 @noindent
1888 (Of course, an easier way to do this would be @kbd{3 @key{RET} 4 ^},
1889 to raise 3 to the fourth power.)
1891 The space-bar key (denoted @key{SPC} here) performs the same function
1892 as @key{RET}; you could replace all three occurrences of @key{RET} in
1893 the above example with @key{SPC} and the effect would be the same.
1895 @cindex Exchanging stack entries
1896 Another stack manipulation key is @key{TAB}.  This exchanges the top
1897 two stack entries.  Suppose you have computed @kbd{2 @key{RET} 3 +}
1898 to get 5, and then you realize what you really wanted to compute
1899 was @expr{20 / (2+3)}.
1901 @smallexample
1902 @group
1903 1:  5          2:  5          2:  20         1:  4
1904     .          1:  20         1:  5              .
1905                    .              .
1907  2 @key{RET} 3 +         20            @key{TAB}             /
1908 @end group
1909 @end smallexample
1911 @noindent
1912 Planning ahead, the calculation would have gone like this:
1914 @smallexample
1915 @group
1916 1:  20         2:  20         3:  20         2:  20         1:  4
1917     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1918                    .          1:  3              .
1919                                   .
1921   20 @key{RET}         2 @key{RET}            3              +              /
1922 @end group
1923 @end smallexample
1925 A related stack command is @kbd{M-@key{TAB}} (hold @key{META} and type
1926 @key{TAB}).  It rotates the top three elements of the stack upward,
1927 bringing the object in level 3 to the top.
1929 @smallexample
1930 @group
1931 1:  10         2:  10         3:  10         3:  20         3:  30
1932     .          1:  20         2:  20         2:  30         2:  10
1933                    .          1:  30         1:  10         1:  20
1934                                   .              .              .
1936   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
1937 @end group
1938 @end smallexample
1940 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.} Suppose the numbers 10, 20, and 30 are
1941 on the stack.  Figure out how to add one to the number in level 2
1942 without affecting the rest of the stack.  Also figure out how to add
1943 one to the number in level 3.  @xref{RPN Answer 3, 3}. (@bullet{})
1945 Operations like @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/}, and @kbd{^} pop two
1946 arguments from the stack and push a result.  Operations like @kbd{n} and
1947 @kbd{Q} (square root) pop a single number and push the result.  You can
1948 think of them as simply operating on the top element of the stack.
1950 @smallexample
1951 @group
1952 1:  3          1:  9          2:  9          1:  25         1:  5
1953     .              .          1:  16             .              .
1954                                   .
1956   3 @key{RET}          @key{RET} *        4 @key{RET} @key{RET} *        +              Q
1957 @end group
1958 @end smallexample
1960 @noindent
1961 (Note that capital @kbd{Q} means to hold down the Shift key while
1962 typing @kbd{q}.  Remember, plain unshifted @kbd{q} is the Quit command.)
1964 @cindex Pythagorean Theorem
1965 Here we've used the Pythagorean Theorem to determine the hypotenuse of a
1966 right triangle.  Calc actually has a built-in command for that called
1967 @kbd{f h}, but let's suppose we can't remember the necessary keystrokes.
1968 We can still enter it by its full name using @kbd{M-x} notation:
1970 @smallexample
1971 @group
1972 1:  3          2:  3          1:  5
1973     .          1:  4              .
1974                    .
1976   3 @key{RET}          4 @key{RET}      M-x calc-hypot
1977 @end group
1978 @end smallexample
1980 All Calculator commands begin with the word @samp{calc-}.  Since it
1981 gets tiring to type this, Calc provides an @kbd{x} key which is just
1982 like the regular Emacs @kbd{M-x} key except that it types the @samp{calc-}
1983 prefix for you:
1985 @smallexample
1986 @group
1987 1:  3          2:  3          1:  5
1988     .          1:  4              .
1989                    .
1991   3 @key{RET}          4 @key{RET}         x hypot
1992 @end group
1993 @end smallexample
1995 What happens if you take the square root of a negative number?
1997 @smallexample
1998 @group
1999 1:  4          1:  -4         1:  (0, 2)
2000     .              .              .
2002   4 @key{RET}            n              Q
2003 @end group
2004 @end smallexample
2006 @noindent
2007 The notation @expr{(a, b)} represents a complex number.
2008 Complex numbers are more traditionally written @expr{a + b i};
2009 Calc can display in this format, too, but for now we'll stick to the
2010 @expr{(a, b)} notation.
2012 If you don't know how complex numbers work, you can safely ignore this
2013 feature.  Complex numbers only arise from operations that would be
2014 errors in a calculator that didn't have complex numbers.  (For example,
2015 taking the square root or logarithm of a negative number produces a
2016 complex result.)
2018 Complex numbers are entered in the notation shown.  The @kbd{(} and
2019 @kbd{,} and @kbd{)} keys manipulate ``incomplete complex numbers.''
2021 @smallexample
2022 @group
2023 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    1:  (2, ...    1:  (2, 3)
2024     .          1:  2              .              3              .
2025                    .                             .
2027     (              2              ,              3              )
2028 @end group
2029 @end smallexample
2031 You can perform calculations while entering parts of incomplete objects.
2032 However, an incomplete object cannot actually participate in a calculation:
2034 @smallexample
2035 @group
2036 1:  ( ...      2:  ( ...      3:  ( ...      1:  ( ...      1:  ( ...
2037     .          1:  2          2:  2              5              5
2038                    .          1:  3              .              .
2039                                   .
2040                                                              (error)
2041     (             2 @key{RET}           3              +              +
2042 @end group
2043 @end smallexample
2045 @noindent
2046 Adding 5 to an incomplete object makes no sense, so the last command
2047 produces an error message and leaves the stack the same.
2049 Incomplete objects can't participate in arithmetic, but they can be
2050 moved around by the regular stack commands.
2052 @smallexample
2053 @group
2054 2:  2          3:  2          3:  3          1:  ( ...      1:  (2, 3)
2055 1:  3          2:  3          2:  ( ...          2              .
2056     .          1:  ( ...      1:  2              3
2057                    .              .              .
2059 2 @key{RET} 3 @key{RET}        (            M-@key{TAB}          M-@key{TAB}            )
2060 @end group
2061 @end smallexample
2063 @noindent
2064 Note that the @kbd{,} (comma) key did not have to be used here.
2065 When you press @kbd{)} all the stack entries between the incomplete
2066 entry and the top are collected, so there's never really a reason
2067 to use the comma.  It's up to you.
2069 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  To enter the complex number @expr{(2, 3)},
2070 your friend Joe typed @kbd{( 2 , @key{SPC} 3 )}.  What happened?
2071 (Joe thought of a clever way to correct his mistake in only two
2072 keystrokes, but it didn't quite work.  Try it to find out why.)
2073 @xref{RPN Answer 4, 4}. (@bullet{})
2075 Vectors are entered the same way as complex numbers, but with square
2076 brackets in place of parentheses.  We'll meet vectors again later in
2077 the tutorial.
2079 Any Emacs command can be given a @dfn{numeric prefix argument} by
2080 typing a series of @key{META}-digits beforehand.  If @key{META} is
2081 awkward for you, you can instead type @kbd{C-u} followed by the
2082 necessary digits.  Numeric prefix arguments can be negative, as in
2083 @kbd{M-- M-3 M-5} or @w{@kbd{C-u - 3 5}}.  Calc commands use numeric
2084 prefix arguments in a variety of ways.  For example, a numeric prefix
2085 on the @kbd{+} operator adds any number of stack entries at once:
2087 @smallexample
2088 @group
2089 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         1:  60
2090     .          1:  20         2:  20         2:  20             .
2091                    .          1:  30         1:  30
2092                                   .              .
2094   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u 3            +
2095 @end group
2096 @end smallexample
2098 For stack manipulation commands like @key{RET}, a positive numeric
2099 prefix argument operates on the top @var{n} stack entries at once.  A
2100 negative argument operates on the entry in level @var{n} only.  An
2101 argument of zero operates on the entire stack.  In this example, we copy
2102 the second-to-top element of the stack:
2104 @smallexample
2105 @group
2106 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         4:  10
2107     .          1:  20         2:  20         2:  20         3:  20
2108                    .          1:  30         1:  30         2:  30
2109                                   .              .          1:  20
2110                                                                 .
2112   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u -2          @key{RET}
2113 @end group
2114 @end smallexample
2116 @cindex Clearing the stack
2117 @cindex Emptying the stack
2118 Another common idiom is @kbd{M-0 @key{DEL}}, which clears the stack.
2119 (The @kbd{M-0} numeric prefix tells @key{DEL} to operate on the
2120 entire stack.)
2122 @node Algebraic Tutorial, Undo Tutorial, RPN Tutorial, Basic Tutorial
2123 @subsection Algebraic-Style Calculations
2125 @noindent
2126 If you are not used to RPN notation, you may prefer to operate the
2127 Calculator in Algebraic mode, which is closer to the way
2128 non-RPN calculators work.  In Algebraic mode, you enter formulas
2129 in traditional @expr{2+3} notation.
2131 You don't really need any special ``mode'' to enter algebraic formulas.
2132 You can enter a formula at any time by pressing the apostrophe (@kbd{'})
2133 key.  Answer the prompt with the desired formula, then press @key{RET}.
2134 The formula is evaluated and the result is pushed onto the RPN stack.
2135 If you don't want to think in RPN at all, you can enter your whole
2136 computation as a formula, read the result from the stack, then press
2137 @key{DEL} to delete it from the stack.
2139 Try pressing the apostrophe key, then @kbd{2+3+4}, then @key{RET}.
2140 The result should be the number 9.
2142 Algebraic formulas use the operators @samp{+}, @samp{-}, @samp{*},
2143 @samp{/}, and @samp{^}.  You can use parentheses to make the order
2144 of evaluation clear.  In the absence of parentheses, @samp{^} is
2145 evaluated first, then @samp{*}, then @samp{/}, then finally
2146 @samp{+} and @samp{-}.  For example, the expression
2148 @example
2149 2 + 3*4*5 / 6*7^8 - 9
2150 @end example
2152 @noindent
2153 is equivalent to
2155 @example
2156 2 + ((3*4*5) / (6*(7^8)) - 9
2157 @end example
2159 @noindent
2160 or, in large mathematical notation,
2162 @ifinfo
2163 @example
2164 @group
2165     3 * 4 * 5
2166 2 + --------- - 9
2167           8
2168      6 * 7
2169 @end group
2170 @end example
2171 @end ifinfo
2172 @tex
2173 \turnoffactive
2174 \beforedisplay
2175 $$ 2 + { 3 \times 4 \times 5 \over 6 \times 7^8 } - 9 $$
2176 \afterdisplay
2177 @end tex
2179 @noindent
2180 The result of this expression will be the number @mathit{-6.99999826533}.
2182 Calc's order of evaluation is the same as for most computer languages,
2183 except that @samp{*} binds more strongly than @samp{/}, as the above
2184 example shows.  As in normal mathematical notation, the @samp{*} symbol
2185 can often be omitted:  @samp{2 a} is the same as @samp{2*a}.
2187 Operators at the same level are evaluated from left to right, except
2188 that @samp{^} is evaluated from right to left.  Thus, @samp{2-3-4} is
2189 equivalent to @samp{(2-3)-4} or @mathit{-5}, whereas @samp{2^3^4} is equivalent
2190 to @samp{2^(3^4)} (a very large integer; try it!).
2192 If you tire of typing the apostrophe all the time, there is
2193 Algebraic mode, where Calc automatically senses
2194 when you are about to type an algebraic expression.  To enter this
2195 mode, press the two letters @w{@kbd{m a}}.  (An @samp{Alg} indicator
2196 should appear in the Calc window's mode line.)
2198 Press @kbd{m a}, then @kbd{2+3+4} with no apostrophe, then @key{RET}.
2200 In Algebraic mode, when you press any key that would normally begin
2201 entering a number (such as a digit, a decimal point, or the @kbd{_}
2202 key), or if you press @kbd{(} or @kbd{[}, Calc automatically begins
2203 an algebraic entry.
2205 Functions which do not have operator symbols like @samp{+} and @samp{*}
2206 must be entered in formulas using function-call notation.  For example,
2207 the function name corresponding to the square-root key @kbd{Q} is
2208 @code{sqrt}.  To compute a square root in a formula, you would use
2209 the notation @samp{sqrt(@var{x})}.
2211 Press the apostrophe, then type @kbd{sqrt(5*2) - 3}.  The result should
2212 be @expr{0.16227766017}.
2214 Note that if the formula begins with a function name, you need to use
2215 the apostrophe even if you are in Algebraic mode.  If you type @kbd{arcsin}
2216 out of the blue, the @kbd{a r} will be taken as an Algebraic Rewrite
2217 command, and the @kbd{csin} will be taken as the name of the rewrite
2218 rule to use!
2220 Some people prefer to enter complex numbers and vectors in algebraic
2221 form because they find RPN entry with incomplete objects to be too
2222 distracting, even though they otherwise use Calc as an RPN calculator.
2224 Still in Algebraic mode, type:
2226 @smallexample
2227 @group
2228 1:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (8, -1)    2:  (8, -1)    1:  (9, -1)
2229     .          1:  (1, -2)        .          1:  1              .
2230                    .                             .
2232  (2,3) @key{RET}      (1,-2) @key{RET}        *              1 @key{RET}          +
2233 @end group
2234 @end smallexample
2236 Algebraic mode allows us to enter complex numbers without pressing
2237 an apostrophe first, but it also means we need to press @key{RET}
2238 after every entry, even for a simple number like @expr{1}.
2240 (You can type @kbd{C-u m a} to enable a special Incomplete Algebraic
2241 mode in which the @kbd{(} and @kbd{[} keys use algebraic entry even
2242 though regular numeric keys still use RPN numeric entry.  There is also
2243 Total Algebraic mode, started by typing @kbd{m t}, in which all
2244 normal keys begin algebraic entry.  You must then use the @key{META} key
2245 to type Calc commands:  @kbd{M-m t} to get back out of Total Algebraic
2246 mode, @kbd{M-q} to quit, etc.)
2248 If you're still in Algebraic mode, press @kbd{m a} again to turn it off.
2250 Actual non-RPN calculators use a mixture of algebraic and RPN styles.
2251 In general, operators of two numbers (like @kbd{+} and @kbd{*})
2252 use algebraic form, but operators of one number (like @kbd{n} and @kbd{Q})
2253 use RPN form.  Also, a non-RPN calculator allows you to see the
2254 intermediate results of a calculation as you go along.  You can
2255 accomplish this in Calc by performing your calculation as a series
2256 of algebraic entries, using the @kbd{$} sign to tie them together.
2257 In an algebraic formula, @kbd{$} represents the number on the top
2258 of the stack.  Here, we perform the calculation 
2259 @texline @math{\sqrt{2\times4+1}},
2260 @infoline @expr{sqrt(2*4+1)},
2261 which on a traditional calculator would be done by pressing
2262 @kbd{2 * 4 + 1 =} and then the square-root key.
2264 @smallexample
2265 @group
2266 1:  8          1:  9          1:  3
2267     .              .              .
2269   ' 2*4 @key{RET}        $+1 @key{RET}        Q
2270 @end group
2271 @end smallexample
2273 @noindent
2274 Notice that we didn't need to press an apostrophe for the @kbd{$+1},
2275 because the dollar sign always begins an algebraic entry.
2277 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  How could you get the same effect as
2278 pressing @kbd{Q} but using an algebraic entry instead?  How about
2279 if the @kbd{Q} key on your keyboard were broken?
2280 @xref{Algebraic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2282 The notations @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on stand for higher stack
2283 entries.  For example, @kbd{' $$+$ @key{RET}} is just like typing @kbd{+}.
2285 Algebraic formulas can include @dfn{variables}.  To store in a
2286 variable, press @kbd{s s}, then type the variable name, then press
2287 @key{RET}.  (There are actually two flavors of store command:
2288 @kbd{s s} stores a number in a variable but also leaves the number
2289 on the stack, while @w{@kbd{s t}} removes a number from the stack and
2290 stores it in the variable.)  A variable name should consist of one
2291 or more letters or digits, beginning with a letter.
2293 @smallexample
2294 @group
2295 1:  17             .          1:  a + a^2    1:  306
2296     .                             .              .
2298     17          s t a @key{RET}      ' a+a^2 @key{RET}       =
2299 @end group
2300 @end smallexample
2302 @noindent
2303 The @kbd{=} key @dfn{evaluates} a formula by replacing all its
2304 variables by the values that were stored in them.
2306 For RPN calculations, you can recall a variable's value on the
2307 stack either by entering its name as a formula and pressing @kbd{=},
2308 or by using the @kbd{s r} command.
2310 @smallexample
2311 @group
2312 1:  17         2:  17         3:  17         2:  17         1:  306
2313     .          1:  17         2:  17         1:  289            .
2314                    .          1:  2              .
2315                                   .
2317   s r a @key{RET}     ' a @key{RET} =         2              ^              +
2318 @end group
2319 @end smallexample
2321 If you press a single digit for a variable name (as in @kbd{s t 3}, you
2322 get one of ten @dfn{quick variables} @code{q0} through @code{q9}.
2323 They are ``quick'' simply because you don't have to type the letter
2324 @code{q} or the @key{RET} after their names.  In fact, you can type
2325 simply @kbd{s 3} as a shorthand for @kbd{s s 3}, and likewise for
2326 @kbd{t 3} and @w{@kbd{r 3}}.
2328 Any variables in an algebraic formula for which you have not stored
2329 values are left alone, even when you evaluate the formula.
2331 @smallexample
2332 @group
2333 1:  2 a + 2 b     1:  34 + 2 b
2334     .                 .
2336  ' 2a+2b @key{RET}          =
2337 @end group
2338 @end smallexample
2340 Calls to function names which are undefined in Calc are also left
2341 alone, as are calls for which the value is undefined.
2343 @smallexample
2344 @group
2345 1:  2 + log10(0) + log10(x) + log10(5, 6) + foo(3)
2346     .
2348  ' log10(100) + log10(0) + log10(x) + log10(5,6) + foo(3) @key{RET}
2349 @end group
2350 @end smallexample
2352 @noindent
2353 In this example, the first call to @code{log10} works, but the other
2354 calls are not evaluated.  In the second call, the logarithm is
2355 undefined for that value of the argument; in the third, the argument
2356 is symbolic, and in the fourth, there are too many arguments.  In the
2357 fifth case, there is no function called @code{foo}.  You will see a
2358 ``Wrong number of arguments'' message referring to @samp{log10(5,6)}.
2359 Press the @kbd{w} (``why'') key to see any other messages that may
2360 have arisen from the last calculation.  In this case you will get
2361 ``logarithm of zero,'' then ``number expected: @code{x}''.  Calc
2362 automatically displays the first message only if the message is
2363 sufficiently important; for example, Calc considers ``wrong number
2364 of arguments'' and ``logarithm of zero'' to be important enough to
2365 report automatically, while a message like ``number expected: @code{x}''
2366 will only show up if you explicitly press the @kbd{w} key.
2368 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Joe entered the formula @samp{2 x y},
2369 stored 5 in @code{x}, pressed @kbd{=}, and got the expected result,
2370 @samp{10 y}.  He then tried the same for the formula @samp{2 x (1+y)},
2371 expecting @samp{10 (1+y)}, but it didn't work.  Why not?
2372 @xref{Algebraic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2374 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  What result would you expect
2375 @kbd{1 @key{RET} 0 /} to give?  What if you then type @kbd{0 *}?
2376 @xref{Algebraic Answer 3, 3}. (@bullet{})
2378 One interesting way to work with variables is to use the
2379 @dfn{evaluates-to} (@samp{=>}) operator.  It works like this:
2380 Enter a formula algebraically in the usual way, but follow
2381 the formula with an @samp{=>} symbol.  (There is also an @kbd{s =}
2382 command which builds an @samp{=>} formula using the stack.)  On
2383 the stack, you will see two copies of the formula with an @samp{=>}
2384 between them.  The lefthand formula is exactly like you typed it;
2385 the righthand formula has been evaluated as if by typing @kbd{=}.
2387 @smallexample
2388 @group
2389 2:  2 + 3 => 5                     2:  2 + 3 => 5
2390 1:  2 a + 2 b => 34 + 2 b          1:  2 a + 2 b => 20 + 2 b
2391     .                                  .
2393 ' 2+3 => @key{RET}  ' 2a+2b @key{RET} s =          10 s t a @key{RET}
2394 @end group
2395 @end smallexample
2397 @noindent
2398 Notice that the instant we stored a new value in @code{a}, all
2399 @samp{=>} operators already on the stack that referred to @expr{a}
2400 were updated to use the new value.  With @samp{=>}, you can push a
2401 set of formulas on the stack, then change the variables experimentally
2402 to see the effects on the formulas' values.
2404 You can also ``unstore'' a variable when you are through with it:
2406 @smallexample
2407 @group
2408 2:  2 + 5 => 5
2409 1:  2 a + 2 b => 2 a + 2 b
2410     .
2412     s u a @key{RET}
2413 @end group
2414 @end smallexample
2416 We will encounter formulas involving variables and functions again
2417 when we discuss the algebra and calculus features of the Calculator.
2419 @node Undo Tutorial, Modes Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial
2420 @subsection Undo and Redo
2422 @noindent
2423 If you make a mistake, you can usually correct it by pressing shift-@kbd{U},
2424 the ``undo'' command.  First, clear the stack (@kbd{M-0 @key{DEL}}) and exit
2425 and restart Calc (@kbd{C-x * * C-x * *}) to make sure things start off
2426 with a clean slate.  Now:
2428 @smallexample
2429 @group
2430 1:  2          2:  2          1:  8          2:  2          1:  6
2431     .          1:  3              .          1:  3              .
2432                    .                             .
2434    2 @key{RET}           3              ^              U              *
2435 @end group
2436 @end smallexample
2438 You can undo any number of times.  Calc keeps a complete record of
2439 all you have done since you last opened the Calc window.  After the
2440 above example, you could type:
2442 @smallexample
2443 @group
2444 1:  6          2:  2          1:  2              .              .
2445     .          1:  3              .
2446                    .
2447                                                              (error)
2448                    U              U              U              U
2449 @end group
2450 @end smallexample
2452 You can also type @kbd{D} to ``redo'' a command that you have undone
2453 mistakenly.
2455 @smallexample
2456 @group
2457     .          1:  2          2:  2          1:  6          1:  6
2458                    .          1:  3              .              .
2459                                   .
2460                                                              (error)
2461                    D              D              D              D
2462 @end group
2463 @end smallexample
2465 @noindent
2466 It was not possible to redo past the @expr{6}, since that was placed there
2467 by something other than an undo command.
2469 @cindex Time travel
2470 You can think of undo and redo as a sort of ``time machine.''  Press
2471 @kbd{U} to go backward in time, @kbd{D} to go forward.  If you go
2472 backward and do something (like @kbd{*}) then, as any science fiction
2473 reader knows, you have changed your future and you cannot go forward
2474 again.  Thus, the inability to redo past the @expr{6} even though there
2475 was an earlier undo command.
2477 You can always recall an earlier result using the Trail.  We've ignored
2478 the trail so far, but it has been faithfully recording everything we
2479 did since we loaded the Calculator.  If the Trail is not displayed,
2480 press @kbd{t d} now to turn it on.
2482 Let's try grabbing an earlier result.  The @expr{8} we computed was
2483 undone by a @kbd{U} command, and was lost even to Redo when we pressed
2484 @kbd{*}, but it's still there in the trail.  There should be a little
2485 @samp{>} arrow (the @dfn{trail pointer}) resting on the last trail
2486 entry.  If there isn't, press @kbd{t ]} to reset the trail pointer.
2487 Now, press @w{@kbd{t p}} to move the arrow onto the line containing
2488 @expr{8}, and press @w{@kbd{t y}} to ``yank'' that number back onto the
2489 stack.
2491 If you press @kbd{t ]} again, you will see that even our Yank command
2492 went into the trail.
2494 Let's go further back in time.  Earlier in the tutorial we computed
2495 a huge integer using the formula @samp{2^3^4}.  We don't remember
2496 what it was, but the first digits were ``241''.  Press @kbd{t r}
2497 (which stands for trail-search-reverse), then type @kbd{241}.
2498 The trail cursor will jump back to the next previous occurrence of
2499 the string ``241'' in the trail.  This is just a regular Emacs
2500 incremental search; you can now press @kbd{C-s} or @kbd{C-r} to
2501 continue the search forwards or backwards as you like.
2503 To finish the search, press @key{RET}.  This halts the incremental
2504 search and leaves the trail pointer at the thing we found.  Now we
2505 can type @kbd{t y} to yank that number onto the stack.  If we hadn't
2506 remembered the ``241'', we could simply have searched for @kbd{2^3^4},
2507 then pressed @kbd{@key{RET} t n} to halt and then move to the next item.
2509 You may have noticed that all the trail-related commands begin with
2510 the letter @kbd{t}.  (The store-and-recall commands, on the other hand,
2511 all began with @kbd{s}.)  Calc has so many commands that there aren't
2512 enough keys for all of them, so various commands are grouped into
2513 two-letter sequences where the first letter is called the @dfn{prefix}
2514 key.  If you type a prefix key by accident, you can press @kbd{C-g}
2515 to cancel it.  (In fact, you can press @kbd{C-g} to cancel almost
2516 anything in Emacs.)  To get help on a prefix key, press that key
2517 followed by @kbd{?}.  Some prefixes have several lines of help,
2518 so you need to press @kbd{?} repeatedly to see them all.  
2519 You can also type @kbd{h h} to see all the help at once.
2521 Try pressing @kbd{t ?} now.  You will see a line of the form,
2523 @smallexample
2524 trail/time: Display; Fwd, Back; Next, Prev, Here, [, ]; Yank:  [MORE]  t-
2525 @end smallexample
2527 @noindent
2528 The word ``trail'' indicates that the @kbd{t} prefix key contains
2529 trail-related commands.  Each entry on the line shows one command,
2530 with a single capital letter showing which letter you press to get
2531 that command.  We have used @kbd{t n}, @kbd{t p}, @kbd{t ]}, and
2532 @kbd{t y} so far.  The @samp{[MORE]} means you can press @kbd{?}
2533 again to see more @kbd{t}-prefix commands.  Notice that the commands
2534 are roughly divided (by semicolons) into related groups.
2536 When you are in the help display for a prefix key, the prefix is
2537 still active.  If you press another key, like @kbd{y} for example,
2538 it will be interpreted as a @kbd{t y} command.  If all you wanted
2539 was to look at the help messages, press @kbd{C-g} afterwards to cancel
2540 the prefix.
2542 One more way to correct an error is by editing the stack entries.
2543 The actual Stack buffer is marked read-only and must not be edited
2544 directly, but you can press @kbd{`} (the backquote or accent grave)
2545 to edit a stack entry.
2547 Try entering @samp{3.141439} now.  If this is supposed to represent
2548 @cpi{}, it's got several errors.  Press @kbd{`} to edit this number.
2549 Now use the normal Emacs cursor motion and editing keys to change
2550 the second 4 to a 5, and to transpose the 3 and the 9.  When you
2551 press @key{RET}, the number on the stack will be replaced by your
2552 new number.  This works for formulas, vectors, and all other types
2553 of values you can put on the stack.  The @kbd{`} key also works
2554 during entry of a number or algebraic formula.
2556 @node Modes Tutorial, , Undo Tutorial, Basic Tutorial
2557 @subsection Mode-Setting Commands
2559 @noindent
2560 Calc has many types of @dfn{modes} that affect the way it interprets
2561 your commands or the way it displays data.  We have already seen one
2562 mode, namely Algebraic mode.  There are many others, too; we'll
2563 try some of the most common ones here.
2565 Perhaps the most fundamental mode in Calc is the current @dfn{precision}.
2566 Notice the @samp{12} on the Calc window's mode line:
2568 @smallexample
2569 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All------
2570 @end smallexample
2572 @noindent
2573 Most of the symbols there are Emacs things you don't need to worry
2574 about, but the @samp{12} and the @samp{Deg} are mode indicators.
2575 The @samp{12} means that calculations should always be carried to
2576 12 significant figures.  That is why, when we type @kbd{1 @key{RET} 7 /},
2577 we get @expr{0.142857142857} with exactly 12 digits, not counting
2578 leading and trailing zeros.
2580 You can set the precision to anything you like by pressing @kbd{p},
2581 then entering a suitable number.  Try pressing @kbd{p 30 @key{RET}},
2582 then doing @kbd{1 @key{RET} 7 /} again:
2584 @smallexample
2585 @group
2586 1:  0.142857142857
2587 2:  0.142857142857142857142857142857
2588     .
2589 @end group
2590 @end smallexample
2592 Although the precision can be set arbitrarily high, Calc always
2593 has to have @emph{some} value for the current precision.  After
2594 all, the true value @expr{1/7} is an infinitely repeating decimal;
2595 Calc has to stop somewhere.
2597 Of course, calculations are slower the more digits you request.
2598 Press @w{@kbd{p 12}} now to set the precision back down to the default.
2600 Calculations always use the current precision.  For example, even
2601 though we have a 30-digit value for @expr{1/7} on the stack, if
2602 we use it in a calculation in 12-digit mode it will be rounded
2603 down to 12 digits before it is used.  Try it; press @key{RET} to
2604 duplicate the number, then @w{@kbd{1 +}}.  Notice that the @key{RET}
2605 key didn't round the number, because it doesn't do any calculation.
2606 But the instant we pressed @kbd{+}, the number was rounded down.
2608 @smallexample
2609 @group
2610 1:  0.142857142857
2611 2:  0.142857142857142857142857142857
2612 3:  1.14285714286
2613     .
2614 @end group
2615 @end smallexample
2617 @noindent
2618 In fact, since we added a digit on the left, we had to lose one
2619 digit on the right from even the 12-digit value of @expr{1/7}.
2621 How did we get more than 12 digits when we computed @samp{2^3^4}?  The
2622 answer is that Calc makes a distinction between @dfn{integers} and
2623 @dfn{floating-point} numbers, or @dfn{floats}.  An integer is a number
2624 that does not contain a decimal point.  There is no such thing as an
2625 ``infinitely repeating fraction integer,'' so Calc doesn't have to limit
2626 itself.  If you asked for @samp{2^10000} (don't try this!), you would
2627 have to wait a long time but you would eventually get an exact answer.
2628 If you ask for @samp{2.^10000}, you will quickly get an answer which is
2629 correct only to 12 places.  The decimal point tells Calc that it should
2630 use floating-point arithmetic to get the answer, not exact integer
2631 arithmetic.
2633 You can use the @kbd{F} (@code{calc-floor}) command to convert a
2634 floating-point value to an integer, and @kbd{c f} (@code{calc-float})
2635 to convert an integer to floating-point form.
2637 Let's try entering that last calculation:
2639 @smallexample
2640 @group
2641 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311689e3010
2642     .          1:  10000          .
2643                    .
2645   2.0 @key{RET}          10000 @key{RET}      ^
2646 @end group
2647 @end smallexample
2649 @noindent
2650 @cindex Scientific notation, entry of
2651 Notice the letter @samp{e} in there.  It represents ``times ten to the
2652 power of,'' and is used by Calc automatically whenever writing the
2653 number out fully would introduce more extra zeros than you probably
2654 want to see.  You can enter numbers in this notation, too.
2656 @smallexample
2657 @group
2658 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311678e3010
2659     .          1:  10000.         .
2660                    .
2662   2.0 @key{RET}          1e4 @key{RET}        ^
2663 @end group
2664 @end smallexample
2666 @cindex Round-off errors
2667 @noindent
2668 Hey, the answer is different!  Look closely at the middle columns
2669 of the two examples.  In the first, the stack contained the
2670 exact integer @expr{10000}, but in the second it contained
2671 a floating-point value with a decimal point.  When you raise a
2672 number to an integer power, Calc uses repeated squaring and
2673 multiplication to get the answer.  When you use a floating-point
2674 power, Calc uses logarithms and exponentials.  As you can see,
2675 a slight error crept in during one of these methods.  Which
2676 one should we trust?  Let's raise the precision a bit and find
2677 out:
2679 @smallexample
2680 @group
2681     .          1:  2.         2:  2.         1:  1.995063116880828e3010
2682                    .          1:  10000.         .
2683                                   .
2685  p 16 @key{RET}        2. @key{RET}           1e4            ^    p 12 @key{RET}
2686 @end group
2687 @end smallexample
2689 @noindent
2690 @cindex Guard digits
2691 Presumably, it doesn't matter whether we do this higher-precision
2692 calculation using an integer or floating-point power, since we
2693 have added enough ``guard digits'' to trust the first 12 digits
2694 no matter what.  And the verdict is@dots{}  Integer powers were more
2695 accurate; in fact, the result was only off by one unit in the
2696 last place.
2698 @cindex Guard digits
2699 Calc does many of its internal calculations to a slightly higher
2700 precision, but it doesn't always bump the precision up enough.
2701 In each case, Calc added about two digits of precision during
2702 its calculation and then rounded back down to 12 digits
2703 afterward.  In one case, it was enough; in the other, it
2704 wasn't.  If you really need @var{x} digits of precision, it
2705 never hurts to do the calculation with a few extra guard digits.
2707 What if we want guard digits but don't want to look at them?
2708 We can set the @dfn{float format}.  Calc supports four major
2709 formats for floating-point numbers, called @dfn{normal},
2710 @dfn{fixed-point}, @dfn{scientific notation}, and @dfn{engineering
2711 notation}.  You get them by pressing @w{@kbd{d n}}, @kbd{d f},
2712 @kbd{d s}, and @kbd{d e}, respectively.  In each case, you can
2713 supply a numeric prefix argument which says how many digits
2714 should be displayed.  As an example, let's put a few numbers
2715 onto the stack and try some different display modes.  First,
2716 use @kbd{M-0 @key{DEL}} to clear the stack, then enter the four
2717 numbers shown here:
2719 @smallexample
2720 @group
2721 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2722 3:  12345.     3:  12300.     3:  1.2345e4   3:  1.23e4     3:  12345.000
2723 2:  123.45     2:  123.       2:  1.2345e2   2:  1.23e2     2:  123.450
2724 1:  12.345     1:  12.3       1:  1.2345e1   1:  1.23e1     1:  12.345
2725     .              .              .              .              .
2727    d n          M-3 d n          d s          M-3 d s        M-3 d f
2728 @end group
2729 @end smallexample
2731 @noindent
2732 Notice that when we typed @kbd{M-3 d n}, the numbers were rounded down
2733 to three significant digits, but then when we typed @kbd{d s} all
2734 five significant figures reappeared.  The float format does not
2735 affect how numbers are stored, it only affects how they are
2736 displayed.  Only the current precision governs the actual rounding
2737 of numbers in the Calculator's memory.
2739 Engineering notation, not shown here, is like scientific notation
2740 except the exponent (the power-of-ten part) is always adjusted to be
2741 a multiple of three (as in ``kilo,'' ``micro,'' etc.).  As a result
2742 there will be one, two, or three digits before the decimal point.
2744 Whenever you change a display-related mode, Calc redraws everything
2745 in the stack.  This may be slow if there are many things on the stack,
2746 so Calc allows you to type shift-@kbd{H} before any mode command to
2747 prevent it from updating the stack.  Anything Calc displays after the
2748 mode-changing command will appear in the new format.
2750 @smallexample
2751 @group
2752 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2753 3:  12345.000  3:  12345.000  3:  12345.000  3:  1.2345e4   3:  12345.
2754 2:  123.450    2:  123.450    2:  1.2345e1   2:  1.2345e1   2:  123.45
2755 1:  12.345     1:  1.2345e1   1:  1.2345e2   1:  1.2345e2   1:  12.345
2756     .              .              .              .              .
2758     H d s          @key{DEL} U          @key{TAB}            d @key{SPC}          d n
2759 @end group
2760 @end smallexample
2762 @noindent
2763 Here the @kbd{H d s} command changes to scientific notation but without
2764 updating the screen.  Deleting the top stack entry and undoing it back
2765 causes it to show up in the new format; swapping the top two stack
2766 entries reformats both entries.  The @kbd{d @key{SPC}} command refreshes the
2767 whole stack.  The @kbd{d n} command changes back to the normal float
2768 format; since it doesn't have an @kbd{H} prefix, it also updates all
2769 the stack entries to be in @kbd{d n} format.
2771 Notice that the integer @expr{12345} was not affected by any
2772 of the float formats.  Integers are integers, and are always
2773 displayed exactly.
2775 @cindex Large numbers, readability
2776 Large integers have their own problems.  Let's look back at
2777 the result of @kbd{2^3^4}.
2779 @example
2780 2417851639229258349412352
2781 @end example
2783 @noindent
2784 Quick---how many digits does this have?  Try typing @kbd{d g}:
2786 @example
2787 2,417,851,639,229,258,349,412,352
2788 @end example
2790 @noindent
2791 Now how many digits does this have?  It's much easier to tell!
2792 We can actually group digits into clumps of any size.  Some
2793 people prefer @kbd{M-5 d g}:
2795 @example
2796 24178,51639,22925,83494,12352
2797 @end example
2799 Let's see what happens to floating-point numbers when they are grouped.
2800 First, type @kbd{p 25 @key{RET}} to make sure we have enough precision
2801 to get ourselves into trouble.  Now, type @kbd{1e13 /}:
2803 @example
2804 24,17851,63922.9258349412352
2805 @end example
2807 @noindent
2808 The integer part is grouped but the fractional part isn't.  Now try
2809 @kbd{M-- M-5 d g} (that's meta-minus-sign, meta-five):
2811 @example
2812 24,17851,63922.92583,49412,352
2813 @end example
2815 If you find it hard to tell the decimal point from the commas, try
2816 changing the grouping character to a space with @kbd{d , @key{SPC}}:
2818 @example
2819 24 17851 63922.92583 49412 352
2820 @end example
2822 Type @kbd{d , ,} to restore the normal grouping character, then
2823 @kbd{d g} again to turn grouping off.  Also, press @kbd{p 12} to
2824 restore the default precision.
2826 Press @kbd{U} enough times to get the original big integer back.
2827 (Notice that @kbd{U} does not undo each mode-setting command; if
2828 you want to undo a mode-setting command, you have to do it yourself.)
2829 Now, type @kbd{d r 16 @key{RET}}:
2831 @example
2832 16#200000000000000000000
2833 @end example
2835 @noindent
2836 The number is now displayed in @dfn{hexadecimal}, or ``base-16'' form.
2837 Suddenly it looks pretty simple; this should be no surprise, since we
2838 got this number by computing a power of two, and 16 is a power of 2.
2839 In fact, we can use @w{@kbd{d r 2 @key{RET}}} to see it in actual binary
2840 form:
2842 @example
2843 2#1000000000000000000000000000000000000000000000000000000 @dots{}
2844 @end example
2846 @noindent
2847 We don't have enough space here to show all the zeros!  They won't
2848 fit on a typical screen, either, so you will have to use horizontal
2849 scrolling to see them all.  Press @kbd{<} and @kbd{>} to scroll the
2850 stack window left and right by half its width.  Another way to view
2851 something large is to press @kbd{`} (back-quote) to edit the top of
2852 stack in a separate window.  (Press @kbd{C-c C-c} when you are done.)
2854 You can enter non-decimal numbers using the @kbd{#} symbol, too.
2855 Let's see what the hexadecimal number @samp{5FE} looks like in
2856 binary.  Type @kbd{16#5FE} (the letters can be typed in upper or
2857 lower case; they will always appear in upper case).  It will also
2858 help to turn grouping on with @kbd{d g}:
2860 @example
2861 2#101,1111,1110
2862 @end example
2864 Notice that @kbd{d g} groups by fours by default if the display radix
2865 is binary or hexadecimal, but by threes if it is decimal, octal, or any
2866 other radix.
2868 Now let's see that number in decimal; type @kbd{d r 10}:
2870 @example
2871 1,534
2872 @end example
2874 Numbers are not @emph{stored} with any particular radix attached.  They're
2875 just numbers; they can be entered in any radix, and are always displayed
2876 in whatever radix you've chosen with @kbd{d r}.  The current radix applies
2877 to integers, fractions, and floats.
2879 @cindex Roundoff errors, in non-decimal numbers
2880 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Your friend Joe tried to enter one-third
2881 as @samp{3#0.1} in @kbd{d r 3} mode with a precision of 12.  He got
2882 @samp{3#0.0222222...} (with 25 2's) in the display.  When he multiplied
2883 that by three, he got @samp{3#0.222222...} instead of the expected
2884 @samp{3#1}.  Next, Joe entered @samp{3#0.2} and, to his great relief,
2885 saw @samp{3#0.2} on the screen.  But when he typed @kbd{2 /}, he got
2886 @samp{3#0.10000001} (some zeros omitted).  What's going on here?
2887 @xref{Modes Answer 1, 1}. (@bullet{})
2889 @cindex Scientific notation, in non-decimal numbers
2890 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Scientific notation works in non-decimal
2891 modes in the natural way (the exponent is a power of the radix instead of
2892 a power of ten, although the exponent itself is always written in decimal).
2893 Thus @samp{8#1.23e3 = 8#1230.0}.  Suppose we have the hexadecimal number
2894 @samp{f.e8f} times 16 to the 15th power:  We write @samp{16#f.e8fe15}.
2895 What is wrong with this picture?  What could we write instead that would
2896 work better?  @xref{Modes Answer 2, 2}. (@bullet{})
2898 The @kbd{m} prefix key has another set of modes, relating to the way
2899 Calc interprets your inputs and does computations.  Whereas @kbd{d}-prefix
2900 modes generally affect the way things look, @kbd{m}-prefix modes affect
2901 the way they are actually computed.
2903 The most popular @kbd{m}-prefix mode is the @dfn{angular mode}.  Notice
2904 the @samp{Deg} indicator in the mode line.  This means that if you use
2905 a command that interprets a number as an angle, it will assume the
2906 angle is measured in degrees.  For example,
2908 @smallexample
2909 @group
2910 1:  45         1:  0.707106781187   1:  0.500000000001    1:  0.5
2911     .              .                    .                     .
2913     45             S                    2 ^                   c 1
2914 @end group
2915 @end smallexample
2917 @noindent
2918 The shift-@kbd{S} command computes the sine of an angle.  The sine
2919 of 45 degrees is 
2920 @texline @math{\sqrt{2}/2};
2921 @infoline @expr{sqrt(2)/2}; 
2922 squaring this yields @expr{2/4 = 0.5}.  However, there has been a slight
2923 roundoff error because the representation of 
2924 @texline @math{\sqrt{2}/2}
2925 @infoline @expr{sqrt(2)/2} 
2926 wasn't exact.  The @kbd{c 1} command is a handy way to clean up numbers
2927 in this case; it temporarily reduces the precision by one digit while it
2928 re-rounds the number on the top of the stack.
2930 @cindex Roundoff errors, examples
2931 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe computed the sine
2932 of 45 degrees as shown above, then, hoping to avoid an inexact
2933 result, he increased the precision to 16 digits before squaring.
2934 What happened?  @xref{Modes Answer 3, 3}. (@bullet{})
2936 To do this calculation in radians, we would type @kbd{m r} first.
2937 (The indicator changes to @samp{Rad}.)  45 degrees corresponds to
2938 @cpiover{4} radians.  To get @cpi{}, press the @kbd{P} key.  (Once
2939 again, this is a shifted capital @kbd{P}.  Remember, unshifted
2940 @kbd{p} sets the precision.)
2942 @smallexample
2943 @group
2944 1:  3.14159265359   1:  0.785398163398   1:  0.707106781187
2945     .                   .                .
2947     P                   4 /       m r    S
2948 @end group
2949 @end smallexample
2951 Likewise, inverse trigonometric functions generate results in
2952 either radians or degrees, depending on the current angular mode.
2954 @smallexample
2955 @group
2956 1:  0.707106781187   1:  0.785398163398   1:  45.
2957     .                    .                    .
2959     .5 Q        m r      I S        m d       U I S
2960 @end group
2961 @end smallexample
2963 @noindent
2964 Here we compute the Inverse Sine of 
2965 @texline @math{\sqrt{0.5}},
2966 @infoline @expr{sqrt(0.5)}, 
2967 first in radians, then in degrees.
2969 Use @kbd{c d} and @kbd{c r} to convert a number from radians to degrees
2970 and vice-versa.
2972 @smallexample
2973 @group
2974 1:  45         1:  0.785398163397     1:  45.
2975     .              .                      .
2977     45             c r                    c d
2978 @end group
2979 @end smallexample
2981 Another interesting mode is @dfn{Fraction mode}.  Normally,
2982 dividing two integers produces a floating-point result if the
2983 quotient can't be expressed as an exact integer.  Fraction mode
2984 causes integer division to produce a fraction, i.e., a rational
2985 number, instead.
2987 @smallexample
2988 @group
2989 2:  12         1:  1.33333333333    1:  4:3
2990 1:  9              .                    .
2991     .
2993  12 @key{RET} 9          /          m f       U /      m f
2994 @end group
2995 @end smallexample
2997 @noindent
2998 In the first case, we get an approximate floating-point result.
2999 In the second case, we get an exact fractional result (four-thirds).
3001 You can enter a fraction at any time using @kbd{:} notation.
3002 (Calc uses @kbd{:} instead of @kbd{/} as the fraction separator
3003 because @kbd{/} is already used to divide the top two stack
3004 elements.)  Calculations involving fractions will always
3005 produce exact fractional results; Fraction mode only says
3006 what to do when dividing two integers.
3008 @cindex Fractions vs. floats
3009 @cindex Floats vs. fractions
3010 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  If fractional arithmetic is exact,
3011 why would you ever use floating-point numbers instead?
3012 @xref{Modes Answer 4, 4}. (@bullet{})
3014 Typing @kbd{m f} doesn't change any existing values in the stack.
3015 In the above example, we had to Undo the division and do it over
3016 again when we changed to Fraction mode.  But if you use the
3017 evaluates-to operator you can get commands like @kbd{m f} to
3018 recompute for you.
3020 @smallexample
3021 @group
3022 1:  12 / 9 => 1.33333333333    1:  12 / 9 => 1.333    1:  12 / 9 => 4:3
3023     .                              .                      .
3025    ' 12/9 => @key{RET}                   p 4 @key{RET}                m f
3026 @end group
3027 @end smallexample
3029 @noindent
3030 In this example, the righthand side of the @samp{=>} operator
3031 on the stack is recomputed when we change the precision, then
3032 again when we change to Fraction mode.  All @samp{=>} expressions
3033 on the stack are recomputed every time you change any mode that
3034 might affect their values.
3036 @node Arithmetic Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Basic Tutorial, Tutorial
3037 @section Arithmetic Tutorial
3039 @noindent
3040 In this section, we explore the arithmetic and scientific functions
3041 available in the Calculator.
3043 The standard arithmetic commands are @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/},
3044 and @kbd{^}.  Each normally takes two numbers from the top of the stack
3045 and pushes back a result.  The @kbd{n} and @kbd{&} keys perform
3046 change-sign and reciprocal operations, respectively.
3048 @smallexample
3049 @group
3050 1:  5          1:  0.2        1:  5.         1:  -5.        1:  5.
3051     .              .              .              .              .
3053     5              &              &              n              n
3054 @end group
3055 @end smallexample
3057 @cindex Binary operators
3058 You can apply a ``binary operator'' like @kbd{+} across any number of
3059 stack entries by giving it a numeric prefix.  You can also apply it
3060 pairwise to several stack elements along with the top one if you use
3061 a negative prefix.
3063 @smallexample
3064 @group
3065 3:  2          1:  9          3:  2          4:  2          3:  12
3066 2:  3              .          2:  3          3:  3          2:  13
3067 1:  4                         1:  4          2:  4          1:  14
3068     .                             .          1:  10             .
3069                                                  .
3071 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4     M-3 +           U              10          M-- M-3 +
3072 @end group
3073 @end smallexample
3075 @cindex Unary operators
3076 You can apply a ``unary operator'' like @kbd{&} to the top @var{n}
3077 stack entries with a numeric prefix, too.
3079 @smallexample
3080 @group
3081 3:  2          3:  0.5                3:  0.5
3082 2:  3          2:  0.333333333333     2:  3.
3083 1:  4          1:  0.25               1:  4.
3084     .              .                      .
3086 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4      M-3 &                  M-2 &
3087 @end group
3088 @end smallexample
3090 Notice that the results here are left in floating-point form.
3091 We can convert them back to integers by pressing @kbd{F}, the
3092 ``floor'' function.  This function rounds down to the next lower
3093 integer.  There is also @kbd{R}, which rounds to the nearest
3094 integer.
3096 @smallexample
3097 @group
3098 7:  2.         7:  2          7:  2
3099 6:  2.4        6:  2          6:  2
3100 5:  2.5        5:  2          5:  3
3101 4:  2.6        4:  2          4:  3
3102 3:  -2.        3:  -2         3:  -2
3103 2:  -2.4       2:  -3         2:  -2
3104 1:  -2.6       1:  -3         1:  -3
3105     .              .              .
3107                   M-7 F        U M-7 R
3108 @end group
3109 @end smallexample
3111 Since dividing-and-flooring (i.e., ``integer quotient'') is such a
3112 common operation, Calc provides a special command for that purpose, the
3113 backslash @kbd{\}.  Another common arithmetic operator is @kbd{%}, which
3114 computes the remainder that would arise from a @kbd{\} operation, i.e.,
3115 the ``modulo'' of two numbers.  For example,
3117 @smallexample
3118 @group
3119 2:  1234       1:  12         2:  1234       1:  34
3120 1:  100            .          1:  100            .
3121     .                             .
3123 1234 @key{RET} 100       \              U              %
3124 @end group
3125 @end smallexample
3127 These commands actually work for any real numbers, not just integers.
3129 @smallexample
3130 @group
3131 2:  3.1415     1:  3          2:  3.1415     1:  0.1415
3132 1:  1              .          1:  1              .
3133     .                             .
3135 3.1415 @key{RET} 1       \              U              %
3136 @end group
3137 @end smallexample
3139 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The @kbd{\} command would appear to be a
3140 frill, since you could always do the same thing with @kbd{/ F}.  Think
3141 of a situation where this is not true---@kbd{/ F} would be inadequate.
3142 Now think of a way you could get around the problem if Calc didn't
3143 provide a @kbd{\} command.  @xref{Arithmetic Answer 1, 1}. (@bullet{})
3145 We've already seen the @kbd{Q} (square root) and @kbd{S} (sine)
3146 commands.  Other commands along those lines are @kbd{C} (cosine),
3147 @kbd{T} (tangent), @kbd{E} (@expr{e^x}) and @kbd{L} (natural
3148 logarithm).  These can be modified by the @kbd{I} (inverse) and
3149 @kbd{H} (hyperbolic) prefix keys.
3151 Let's compute the sine and cosine of an angle, and verify the
3152 identity 
3153 @texline @math{\sin^2x + \cos^2x = 1}.
3154 @infoline @expr{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}.  
3155 We'll arbitrarily pick @mathit{-64} degrees as a good value for @expr{x}.
3156 With the angular mode set to degrees (type @w{@kbd{m d}}), do:
3158 @smallexample
3159 @group
3160 2:  -64        2:  -64        2:  -0.89879   2:  -0.89879   1:  1.
3161 1:  -64        1:  -0.89879   1:  -64        1:  0.43837        .
3162     .              .              .              .
3164  64 n @key{RET} @key{RET}      S              @key{TAB}            C              f h
3165 @end group
3166 @end smallexample
3168 @noindent
3169 (For brevity, we're showing only five digits of the results here.
3170 You can of course do these calculations to any precision you like.)
3172 Remember, @kbd{f h} is the @code{calc-hypot}, or square-root of sum
3173 of squares, command.
3175 Another identity is 
3176 @texline @math{\displaystyle\tan x = {\sin x \over \cos x}}.
3177 @infoline @expr{tan(x) = sin(x) / cos(x)}.
3178 @smallexample
3179 @group
3181 2:  -0.89879   1:  -2.0503    1:  -64.
3182 1:  0.43837        .              .
3183     .
3185     U              /              I T
3186 @end group
3187 @end smallexample
3189 A physical interpretation of this calculation is that if you move
3190 @expr{0.89879} units downward and @expr{0.43837} units to the right,
3191 your direction of motion is @mathit{-64} degrees from horizontal.  Suppose
3192 we move in the opposite direction, up and to the left:
3194 @smallexample
3195 @group
3196 2:  -0.89879   2:  0.89879    1:  -2.0503    1:  -64.
3197 1:  0.43837    1:  -0.43837       .              .
3198     .              .
3200     U U            M-2 n          /              I T
3201 @end group
3202 @end smallexample
3204 @noindent
3205 How can the angle be the same?  The answer is that the @kbd{/} operation
3206 loses information about the signs of its inputs.  Because the quotient
3207 is negative, we know exactly one of the inputs was negative, but we
3208 can't tell which one.  There is an @kbd{f T} [@code{arctan2}] function which
3209 computes the inverse tangent of the quotient of a pair of numbers.
3210 Since you feed it the two original numbers, it has enough information
3211 to give you a full 360-degree answer.
3213 @smallexample
3214 @group
3215 2:  0.89879    1:  116.       3:  116.       2:  116.       1:  180.
3216 1:  -0.43837       .          2:  -0.89879   1:  -64.           .
3217     .                         1:  0.43837        .
3218                                   .
3220     U U            f T         M-@key{RET} M-2 n       f T            -
3221 @end group
3222 @end smallexample
3224 @noindent
3225 The resulting angles differ by 180 degrees; in other words, they
3226 point in opposite directions, just as we would expect.
3228 The @key{META}-@key{RET} we used in the third step is the
3229 ``last-arguments'' command.  It is sort of like Undo, except that it
3230 restores the arguments of the last command to the stack without removing
3231 the command's result.  It is useful in situations like this one,
3232 where we need to do several operations on the same inputs.  We could
3233 have accomplished the same thing by using @kbd{M-2 @key{RET}} to duplicate
3234 the top two stack elements right after the @kbd{U U}, then a pair of
3235 @kbd{M-@key{TAB}} commands to cycle the 116 up around the duplicates.
3237 A similar identity is supposed to hold for hyperbolic sines and cosines,
3238 except that it is the @emph{difference}
3239 @texline @math{\cosh^2x - \sinh^2x}
3240 @infoline @expr{cosh(x)^2 - sinh(x)^2} 
3241 that always equals one.  Let's try to verify this identity.
3243 @smallexample
3244 @group
3245 2:  -64        2:  -64        2:  -64        2:  9.7192e54  2:  9.7192e54
3246 1:  -64        1:  -3.1175e27 1:  9.7192e54  1:  -64        1:  9.7192e54
3247     .              .              .              .              .
3249  64 n @key{RET} @key{RET}      H C            2 ^            @key{TAB}            H S 2 ^
3250 @end group
3251 @end smallexample
3253 @noindent
3254 @cindex Roundoff errors, examples
3255 Something's obviously wrong, because when we subtract these numbers
3256 the answer will clearly be zero!  But if you think about it, if these
3257 numbers @emph{did} differ by one, it would be in the 55th decimal
3258 place.  The difference we seek has been lost entirely to roundoff
3259 error.
3261 We could verify this hypothesis by doing the actual calculation with,
3262 say, 60 decimal places of precision.  This will be slow, but not
3263 enormously so.  Try it if you wish; sure enough, the answer is
3264 0.99999, reasonably close to 1.
3266 Of course, a more reasonable way to verify the identity is to use
3267 a more reasonable value for @expr{x}!
3269 @cindex Common logarithm
3270 Some Calculator commands use the Hyperbolic prefix for other purposes.
3271 The logarithm and exponential functions, for example, work to the base
3272 @expr{e} normally but use base-10 instead if you use the Hyperbolic
3273 prefix.
3275 @smallexample
3276 @group
3277 1:  1000       1:  6.9077     1:  1000       1:  3
3278     .              .              .              .
3280     1000           L              U              H L
3281 @end group
3282 @end smallexample
3284 @noindent
3285 First, we mistakenly compute a natural logarithm.  Then we undo
3286 and compute a common logarithm instead.
3288 The @kbd{B} key computes a general base-@var{b} logarithm for any
3289 value of @var{b}.
3291 @smallexample
3292 @group
3293 2:  1000       1:  3          1:  1000.      2:  1000.      1:  6.9077
3294 1:  10             .              .          1:  2.71828        .
3295     .                                            .
3297  1000 @key{RET} 10       B              H E            H P            B
3298 @end group
3299 @end smallexample
3301 @noindent
3302 Here we first use @kbd{B} to compute the base-10 logarithm, then use
3303 the ``hyperbolic'' exponential as a cheap hack to recover the number
3304 1000, then use @kbd{B} again to compute the natural logarithm.  Note
3305 that @kbd{P} with the hyperbolic prefix pushes the constant @expr{e}
3306 onto the stack.
3308 You may have noticed that both times we took the base-10 logarithm
3309 of 1000, we got an exact integer result.  Calc always tries to give
3310 an exact rational result for calculations involving rational numbers
3311 where possible.  But when we used @kbd{H E}, the result was a
3312 floating-point number for no apparent reason.  In fact, if we had
3313 computed @kbd{10 @key{RET} 3 ^} we @emph{would} have gotten an
3314 exact integer 1000.  But the @kbd{H E} command is rigged to generate
3315 a floating-point result all of the time so that @kbd{1000 H E} will
3316 not waste time computing a thousand-digit integer when all you
3317 probably wanted was @samp{1e1000}.
3319 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Find a pair of integer inputs to
3320 the @kbd{B} command for which Calc could find an exact rational
3321 result but doesn't.  @xref{Arithmetic Answer 2, 2}. (@bullet{})
3323 The Calculator also has a set of functions relating to combinatorics
3324 and statistics.  You may be familiar with the @dfn{factorial} function,
3325 which computes the product of all the integers up to a given number.
3327 @smallexample
3328 @group
3329 1:  100        1:  93326215443...    1:  100.       1:  9.3326e157
3330     .              .                     .              .
3332     100            !                     U c f          !
3333 @end group
3334 @end smallexample
3336 @noindent
3337 Recall, the @kbd{c f} command converts the integer or fraction at the
3338 top of the stack to floating-point format.  If you take the factorial
3339 of a floating-point number, you get a floating-point result
3340 accurate to the current precision.  But if you give @kbd{!} an
3341 exact integer, you get an exact integer result (158 digits long
3342 in this case).
3344 If you take the factorial of a non-integer, Calc uses a generalized
3345 factorial function defined in terms of Euler's Gamma function
3346 @texline @math{\Gamma(n)}
3347 @infoline @expr{gamma(n)}
3348 (which is itself available as the @kbd{f g} command).
3350 @smallexample
3351 @group
3352 3:  4.         3:  24.               1:  5.5        1:  52.342777847
3353 2:  4.5        2:  52.3427777847         .              .
3354 1:  5.         1:  120.
3355     .              .
3357                    M-3 !              M-0 @key{DEL} 5.5       f g
3358 @end group
3359 @end smallexample
3361 @noindent
3362 Here we verify the identity 
3363 @texline @math{n! = \Gamma(n+1)}.
3364 @infoline @expr{@var{n}!@: = gamma(@var{n}+1)}.
3366 The binomial coefficient @var{n}-choose-@var{m}
3367 @texline or @math{\displaystyle {n \choose m}}
3368 is defined by
3369 @texline @math{\displaystyle {n! \over m! \, (n-m)!}}
3370 @infoline @expr{n!@: / m!@: (n-m)!}
3371 for all reals @expr{n} and @expr{m}.  The intermediate results in this
3372 formula can become quite large even if the final result is small; the
3373 @kbd{k c} command computes a binomial coefficient in a way that avoids
3374 large intermediate values.
3376 The @kbd{k} prefix key defines several common functions out of
3377 combinatorics and number theory.  Here we compute the binomial
3378 coefficient 30-choose-20, then determine its prime factorization.
3380 @smallexample
3381 @group
3382 2:  30         1:  30045015   1:  [3, 3, 5, 7, 11, 13, 23, 29]
3383 1:  20             .              .
3384     .
3386  30 @key{RET} 20         k c            k f
3387 @end group
3388 @end smallexample
3390 @noindent
3391 You can verify these prime factors by using @kbd{v u} to ``unpack''
3392 this vector into 8 separate stack entries, then @kbd{M-8 *} to
3393 multiply them back together.  The result is the original number,
3394 30045015.
3396 @cindex Hash tables
3397 Suppose a program you are writing needs a hash table with at least
3398 10000 entries.  It's best to use a prime number as the actual size
3399 of a hash table.  Calc can compute the next prime number after 10000:
3401 @smallexample
3402 @group
3403 1:  10000      1:  10007      1:  9973
3404     .              .              .
3406     10000          k n            I k n
3407 @end group
3408 @end smallexample
3410 @noindent
3411 Just for kicks we've also computed the next prime @emph{less} than
3412 10000.
3414 @c [fix-ref Financial Functions]
3415 @xref{Financial Functions}, for a description of the Calculator
3416 commands that deal with business and financial calculations (functions
3417 like @code{pv}, @code{rate}, and @code{sln}).
3419 @c [fix-ref Binary Number Functions]
3420 @xref{Binary Functions}, to read about the commands for operating
3421 on binary numbers (like @code{and}, @code{xor}, and @code{lsh}).
3423 @node Vector/Matrix Tutorial, Types Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial
3424 @section Vector/Matrix Tutorial
3426 @noindent
3427 A @dfn{vector} is a list of numbers or other Calc data objects.
3428 Calc provides a large set of commands that operate on vectors.  Some
3429 are familiar operations from vector analysis.  Others simply treat
3430 a vector as a list of objects.
3432 @menu
3433 * Vector Analysis Tutorial::
3434 * Matrix Tutorial::
3435 * List Tutorial::
3436 @end menu
3438 @node Vector Analysis Tutorial, Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3439 @subsection Vector Analysis
3441 @noindent
3442 If you add two vectors, the result is a vector of the sums of the
3443 elements, taken pairwise.
3445 @smallexample
3446 @group
3447 1:  [1, 2, 3]     2:  [1, 2, 3]     1:  [8, 8, 3]
3448     .             1:  [7, 6, 0]         .
3449                       .
3451     [1,2,3]  s 1      [7 6 0]  s 2      +
3452 @end group
3453 @end smallexample
3455 @noindent
3456 Note that we can separate the vector elements with either commas or
3457 spaces.  This is true whether we are using incomplete vectors or
3458 algebraic entry.  The @kbd{s 1} and @kbd{s 2} commands save these
3459 vectors so we can easily reuse them later.
3461 If you multiply two vectors, the result is the sum of the products
3462 of the elements taken pairwise.  This is called the @dfn{dot product}
3463 of the vectors.
3465 @smallexample
3466 @group
3467 2:  [1, 2, 3]     1:  19
3468 1:  [7, 6, 0]         .
3469     .
3471     r 1 r 2           *
3472 @end group
3473 @end smallexample
3475 @cindex Dot product
3476 The dot product of two vectors is equal to the product of their
3477 lengths times the cosine of the angle between them.  (Here the vector
3478 is interpreted as a line from the origin @expr{(0,0,0)} to the
3479 specified point in three-dimensional space.)  The @kbd{A}
3480 (absolute value) command can be used to compute the length of a
3481 vector.
3483 @smallexample
3484 @group
3485 3:  19            3:  19          1:  0.550782    1:  56.579
3486 2:  [1, 2, 3]     2:  3.741657        .               .
3487 1:  [7, 6, 0]     1:  9.219544
3488     .                 .
3490     M-@key{RET}             M-2 A          * /             I C
3491 @end group
3492 @end smallexample
3494 @noindent
3495 First we recall the arguments to the dot product command, then
3496 we compute the absolute values of the top two stack entries to
3497 obtain the lengths of the vectors, then we divide the dot product
3498 by the product of the lengths to get the cosine of the angle.
3499 The inverse cosine finds that the angle between the vectors
3500 is about 56 degrees.
3502 @cindex Cross product
3503 @cindex Perpendicular vectors
3504 The @dfn{cross product} of two vectors is a vector whose length
3505 is the product of the lengths of the inputs times the sine of the
3506 angle between them, and whose direction is perpendicular to both
3507 input vectors.  Unlike the dot product, the cross product is
3508 defined only for three-dimensional vectors.  Let's double-check
3509 our computation of the angle using the cross product.
3511 @smallexample
3512 @group
3513 2:  [1, 2, 3]  3:  [-18, 21, -8]  1:  [-0.52, 0.61, -0.23]  1:  56.579
3514 1:  [7, 6, 0]  2:  [1, 2, 3]          .                         .
3515     .          1:  [7, 6, 0]
3516                    .
3518     r 1 r 2        V C  s 3  M-@key{RET}    M-2 A * /                 A I S
3519 @end group
3520 @end smallexample
3522 @noindent
3523 First we recall the original vectors and compute their cross product,
3524 which we also store for later reference.  Now we divide the vector
3525 by the product of the lengths of the original vectors.  The length of
3526 this vector should be the sine of the angle; sure enough, it is!
3528 @c [fix-ref General Mode Commands]
3529 Vector-related commands generally begin with the @kbd{v} prefix key.
3530 Some are uppercase letters and some are lowercase.  To make it easier
3531 to type these commands, the shift-@kbd{V} prefix key acts the same as
3532 the @kbd{v} key.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to make all
3533 prefix keys have this property.)
3535 If we take the dot product of two perpendicular vectors we expect
3536 to get zero, since the cosine of 90 degrees is zero.  Let's check
3537 that the cross product is indeed perpendicular to both inputs:
3539 @smallexample
3540 @group
3541 2:  [1, 2, 3]      1:  0          2:  [7, 6, 0]      1:  0
3542 1:  [-18, 21, -8]      .          1:  [-18, 21, -8]      .
3543     .                                 .
3545     r 1 r 3            *          @key{DEL} r 2 r 3            *
3546 @end group
3547 @end smallexample
3549 @cindex Normalizing a vector
3550 @cindex Unit vectors
3551 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Given a vector on the top of the
3552 stack, what keystrokes would you use to @dfn{normalize} the
3553 vector, i.e., to reduce its length to one without changing its
3554 direction?  @xref{Vector Answer 1, 1}. (@bullet{})
3556 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Suppose a certain particle can be
3557 at any of several positions along a ruler.  You have a list of
3558 those positions in the form of a vector, and another list of the
3559 probabilities for the particle to be at the corresponding positions.
3560 Find the average position of the particle.
3561 @xref{Vector Answer 2, 2}. (@bullet{})
3563 @node Matrix Tutorial, List Tutorial, Vector Analysis Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3564 @subsection Matrices
3566 @noindent
3567 A @dfn{matrix} is just a vector of vectors, all the same length.
3568 This means you can enter a matrix using nested brackets.  You can
3569 also use the semicolon character to enter a matrix.  We'll show
3570 both methods here:
3572 @smallexample
3573 @group
3574 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3575       [ 4, 5, 6 ] ]                 [ 4, 5, 6 ] ]
3576     .                             .
3578   [[1 2 3] [4 5 6]]             ' [1 2 3; 4 5 6] @key{RET}
3579 @end group
3580 @end smallexample
3582 @noindent
3583 We'll be using this matrix again, so type @kbd{s 4} to save it now.
3585 Note that semicolons work with incomplete vectors, but they work
3586 better in algebraic entry.  That's why we use the apostrophe in
3587 the second example.
3589 When two matrices are multiplied, the lefthand matrix must have
3590 the same number of columns as the righthand matrix has rows.
3591 Row @expr{i}, column @expr{j} of the result is effectively the
3592 dot product of row @expr{i} of the left matrix by column @expr{j}
3593 of the right matrix.
3595 If we try to duplicate this matrix and multiply it by itself,
3596 the dimensions are wrong and the multiplication cannot take place:
3598 @smallexample
3599 @group
3600 1:  [ [ 1, 2, 3 ]   * [ [ 1, 2, 3 ]
3601       [ 4, 5, 6 ] ]     [ 4, 5, 6 ] ]
3602     .
3604     @key{RET} *
3605 @end group
3606 @end smallexample
3608 @noindent
3609 Though rather hard to read, this is a formula which shows the product
3610 of two matrices.  The @samp{*} function, having invalid arguments, has
3611 been left in symbolic form.
3613 We can multiply the matrices if we @dfn{transpose} one of them first.
3615 @smallexample
3616 @group
3617 2:  [ [ 1, 2, 3 ]       1:  [ [ 14, 32 ]      1:  [ [ 17, 22, 27 ]
3618       [ 4, 5, 6 ] ]           [ 32, 77 ] ]          [ 22, 29, 36 ]
3619 1:  [ [ 1, 4 ]              .                       [ 27, 36, 45 ] ]
3620       [ 2, 5 ]                                    .
3621       [ 3, 6 ] ]
3622     .
3624     U v t                   *                     U @key{TAB} *
3625 @end group
3626 @end smallexample
3628 Matrix multiplication is not commutative; indeed, switching the
3629 order of the operands can even change the dimensions of the result
3630 matrix, as happened here!
3632 If you multiply a plain vector by a matrix, it is treated as a
3633 single row or column depending on which side of the matrix it is
3634 on.  The result is a plain vector which should also be interpreted
3635 as a row or column as appropriate.
3637 @smallexample
3638 @group
3639 2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [14, 32]
3640       [ 4, 5, 6 ] ]        .
3641 1:  [1, 2, 3]
3642     .
3644     r 4 r 1                *
3645 @end group
3646 @end smallexample
3648 Multiplying in the other order wouldn't work because the number of
3649 rows in the matrix is different from the number of elements in the
3650 vector.
3652 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Use @samp{*} to sum along the rows
3653 of the above 
3654 @texline @math{2\times3}
3655 @infoline 2x3 
3656 matrix to get @expr{[6, 15]}.  Now use @samp{*} to sum along the columns
3657 to get @expr{[5, 7, 9]}. 
3658 @xref{Matrix Answer 1, 1}. (@bullet{})
3660 @cindex Identity matrix
3661 An @dfn{identity matrix} is a square matrix with ones along the
3662 diagonal and zeros elsewhere.  It has the property that multiplication
3663 by an identity matrix, on the left or on the right, always produces
3664 the original matrix.
3666 @smallexample
3667 @group
3668 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3669       [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]
3670     .                  1:  [ [ 1, 0, 0 ]          .
3671                              [ 0, 1, 0 ]
3672                              [ 0, 0, 1 ] ]
3673                            .
3675     r 4                    v i 3 @key{RET}              *
3676 @end group
3677 @end smallexample
3679 If a matrix is square, it is often possible to find its @dfn{inverse},
3680 that is, a matrix which, when multiplied by the original matrix, yields
3681 an identity matrix.  The @kbd{&} (reciprocal) key also computes the
3682 inverse of a matrix.
3684 @smallexample
3685 @group
3686 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [   -2.4,     1.2,   -0.2 ]
3687       [ 4, 5, 6 ]            [    2.8,    -1.4,    0.4 ]
3688       [ 7, 6, 0 ] ]          [ -0.73333, 0.53333, -0.2 ] ]
3689     .                      .
3691     r 4 r 2 |  s 5         &
3692 @end group
3693 @end smallexample
3695 @noindent
3696 The vertical bar @kbd{|} @dfn{concatenates} numbers, vectors, and
3697 matrices together.  Here we have used it to add a new row onto
3698 our matrix to make it square.
3700 We can multiply these two matrices in either order to get an identity.
3702 @smallexample
3703 @group
3704 1:  [ [ 1., 0., 0. ]      1:  [ [ 1., 0., 0. ]
3705       [ 0., 1., 0. ]            [ 0., 1., 0. ]
3706       [ 0., 0., 1. ] ]          [ 0., 0., 1. ] ]
3707     .                         .
3709     M-@key{RET}  *                  U @key{TAB} *
3710 @end group
3711 @end smallexample
3713 @cindex Systems of linear equations
3714 @cindex Linear equations, systems of
3715 Matrix inverses are related to systems of linear equations in algebra.
3716 Suppose we had the following set of equations:
3718 @ifinfo
3719 @group
3720 @example
3721     a + 2b + 3c = 6
3722    4a + 5b + 6c = 2
3723    7a + 6b      = 3
3724 @end example
3725 @end group
3726 @end ifinfo
3727 @tex
3728 \turnoffactive
3729 \beforedisplayh
3730 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3731 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3732    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3733    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3734    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3735   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3736  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3737  7a&+&6b& &  &=3 \cr}
3739 \afterdisplayh
3740 @end tex
3742 @noindent
3743 This can be cast into the matrix equation,
3745 @ifinfo
3746 @group
3747 @example
3748    [ [ 1, 2, 3 ]     [ [ a ]     [ [ 6 ]
3749      [ 4, 5, 6 ]   *   [ b ]   =   [ 2 ]
3750      [ 7, 6, 0 ] ]     [ c ] ]     [ 3 ] ]
3751 @end example
3752 @end group
3753 @end ifinfo
3754 @tex
3755 \turnoffactive
3756 \beforedisplay
3757 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 \cr 4 & 5 & 6 \cr 7 & 6 & 0 }
3758    \times
3759    \pmatrix{ a \cr b \cr c } = \pmatrix{ 6 \cr 2 \cr 3 }
3761 \afterdisplay
3762 @end tex
3764 We can solve this system of equations by multiplying both sides by the
3765 inverse of the matrix.  Calc can do this all in one step:
3767 @smallexample
3768 @group
3769 2:  [6, 2, 3]          1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3770 1:  [ [ 1, 2, 3 ]          .
3771       [ 4, 5, 6 ]
3772       [ 7, 6, 0 ] ]
3773     .
3775     [6,2,3] r 5            /
3776 @end group
3777 @end smallexample
3779 @noindent
3780 The result is the @expr{[a, b, c]} vector that solves the equations.
3781 (Dividing by a square matrix is equivalent to multiplying by its
3782 inverse.)
3784 Let's verify this solution:
3786 @smallexample
3787 @group
3788 2:  [ [ 1, 2, 3 ]                1:  [6., 2., 3.]
3789       [ 4, 5, 6 ]                    .
3790       [ 7, 6, 0 ] ]
3791 1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3792     .
3794     r 5  @key{TAB}                         *
3795 @end group
3796 @end smallexample
3798 @noindent
3799 Note that we had to be careful about the order in which we multiplied
3800 the matrix and vector.  If we multiplied in the other order, Calc would
3801 assume the vector was a row vector in order to make the dimensions
3802 come out right, and the answer would be incorrect.  If you
3803 don't feel safe letting Calc take either interpretation of your
3804 vectors, use explicit 
3805 @texline @math{N\times1}
3806 @infoline Nx1
3808 @texline @math{1\times N}
3809 @infoline 1xN
3810 matrices instead.  In this case, you would enter the original column
3811 vector as @samp{[[6], [2], [3]]} or @samp{[6; 2; 3]}.
3813 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Algebraic entry allows you to make
3814 vectors and matrices that include variables.  Solve the following
3815 system of equations to get expressions for @expr{x} and @expr{y}
3816 in terms of @expr{a} and @expr{b}.
3818 @ifinfo
3819 @group
3820 @example
3821    x + a y = 6
3822    x + b y = 10
3823 @end example
3824 @end group
3825 @end ifinfo
3826 @tex
3827 \turnoffactive
3828 \beforedisplay
3829 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
3830              x &+ b y = 10}
3832 \afterdisplay
3833 @end tex
3835 @noindent
3836 @xref{Matrix Answer 2, 2}. (@bullet{})
3838 @cindex Least-squares for over-determined systems
3839 @cindex Over-determined systems of equations
3840 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  A system of equations is ``over-determined''
3841 if it has more equations than variables.  It is often the case that
3842 there are no values for the variables that will satisfy all the
3843 equations at once, but it is still useful to find a set of values
3844 which ``nearly'' satisfy all the equations.  In terms of matrix equations,
3845 you can't solve @expr{A X = B} directly because the matrix @expr{A}
3846 is not square for an over-determined system.  Matrix inversion works
3847 only for square matrices.  One common trick is to multiply both sides
3848 on the left by the transpose of @expr{A}:
3849 @ifinfo
3850 @samp{trn(A)*A*X = trn(A)*B}.
3851 @end ifinfo
3852 @tex
3853 \turnoffactive
3854 $A^T A \, X = A^T B$, where $A^T$ is the transpose \samp{trn(A)}.
3855 @end tex
3856 Now 
3857 @texline @math{A^T A}
3858 @infoline @expr{trn(A)*A} 
3859 is a square matrix so a solution is possible.  It turns out that the
3860 @expr{X} vector you compute in this way will be a ``least-squares''
3861 solution, which can be regarded as the ``closest'' solution to the set
3862 of equations.  Use Calc to solve the following over-determined
3863 system:
3865 @ifinfo
3866 @group
3867 @example
3868     a + 2b + 3c = 6
3869    4a + 5b + 6c = 2
3870    7a + 6b      = 3
3871    2a + 4b + 6c = 11
3872 @end example
3873 @end group
3874 @end ifinfo
3875 @tex
3876 \turnoffactive
3877 \beforedisplayh
3878 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3879 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3880    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3881    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3882    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3883   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3884  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3885  7a&+&6b& &  &=3 \cr
3886  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
3888 \afterdisplayh
3889 @end tex
3891 @noindent
3892 @xref{Matrix Answer 3, 3}. (@bullet{})
3894 @node List Tutorial, , Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3895 @subsection Vectors as Lists
3897 @noindent
3898 @cindex Lists
3899 Although Calc has a number of features for manipulating vectors and
3900 matrices as mathematical objects, you can also treat vectors as
3901 simple lists of values.  For example, we saw that the @kbd{k f}
3902 command returns a vector which is a list of the prime factors of a
3903 number.
3905 You can pack and unpack stack entries into vectors:
3907 @smallexample
3908 @group
3909 3:  10         1:  [10, 20, 30]     3:  10
3910 2:  20             .                2:  20
3911 1:  30                              1:  30
3912     .                                   .
3914                    M-3 v p              v u
3915 @end group
3916 @end smallexample
3918 You can also build vectors out of consecutive integers, or out
3919 of many copies of a given value:
3921 @smallexample
3922 @group
3923 1:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]
3924     .               1:  17              1:  [17, 17, 17, 17]
3925                         .                   .
3927     v x 4 @key{RET}           17                  v b 4 @key{RET}
3928 @end group
3929 @end smallexample
3931 You can apply an operator to every element of a vector using the
3932 @dfn{map} command.
3934 @smallexample
3935 @group
3936 1:  [17, 34, 51, 68]   1:  [289, 1156, 2601, 4624]  1:  [17, 34, 51, 68]
3937     .                      .                            .
3939     V M *                  2 V M ^                      V M Q
3940 @end group
3941 @end smallexample
3943 @noindent
3944 In the first step, we multiply the vector of integers by the vector
3945 of 17's elementwise.  In the second step, we raise each element to
3946 the power two.  (The general rule is that both operands must be
3947 vectors of the same length, or else one must be a vector and the
3948 other a plain number.)  In the final step, we take the square root
3949 of each element.
3951 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Compute a vector of powers of two
3952 from 
3953 @texline @math{2^{-4}}
3954 @infoline @expr{2^-4} 
3955 to @expr{2^4}.  @xref{List Answer 1, 1}. (@bullet{})
3957 You can also @dfn{reduce} a binary operator across a vector.
3958 For example, reducing @samp{*} computes the product of all the
3959 elements in the vector:
3961 @smallexample
3962 @group
3963 1:  123123     1:  [3, 7, 11, 13, 41]      1:  123123
3964     .              .                           .
3966     123123         k f                         V R *
3967 @end group
3968 @end smallexample
3970 @noindent
3971 In this example, we decompose 123123 into its prime factors, then
3972 multiply those factors together again to yield the original number.
3974 We could compute a dot product ``by hand'' using mapping and
3975 reduction:
3977 @smallexample
3978 @group
3979 2:  [1, 2, 3]     1:  [7, 12, 0]     1:  19
3980 1:  [7, 6, 0]         .                  .
3981     .
3983     r 1 r 2           V M *              V R +
3984 @end group
3985 @end smallexample
3987 @noindent
3988 Recalling two vectors from the previous section, we compute the
3989 sum of pairwise products of the elements to get the same answer
3990 for the dot product as before.
3992 A slight variant of vector reduction is the @dfn{accumulate} operation,
3993 @kbd{V U}.  This produces a vector of the intermediate results from
3994 a corresponding reduction.  Here we compute a table of factorials:
3996 @smallexample
3997 @group
3998 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]    1:  [1, 2, 6, 24, 120, 720]
3999     .                         .
4001     v x 6 @key{RET}                 V U *
4002 @end group
4003 @end smallexample
4005 Calc allows vectors to grow as large as you like, although it gets
4006 rather slow if vectors have more than about a hundred elements.
4007 Actually, most of the time is spent formatting these large vectors
4008 for display, not calculating on them.  Try the following experiment
4009 (if your computer is very fast you may need to substitute a larger
4010 vector size).
4012 @smallexample
4013 @group
4014 1:  [1, 2, 3, 4, ...      1:  [2, 3, 4, 5, ...
4015     .                         .
4017     v x 500 @key{RET}               1 V M +
4018 @end group
4019 @end smallexample
4021 Now press @kbd{v .} (the letter @kbd{v}, then a period) and try the
4022 experiment again.  In @kbd{v .} mode, long vectors are displayed
4023 ``abbreviated'' like this:
4025 @smallexample
4026 @group
4027 1:  [1, 2, 3, ..., 500]   1:  [2, 3, 4, ..., 501]
4028     .                         .
4030     v x 500 @key{RET}               1 V M +
4031 @end group
4032 @end smallexample
4034 @noindent
4035 (where now the @samp{...} is actually part of the Calc display).
4036 You will find both operations are now much faster.  But notice that
4037 even in @w{@kbd{v .}} mode, the full vectors are still shown in the Trail.
4038 Type @w{@kbd{t .}} to cause the trail to abbreviate as well, and try the
4039 experiment one more time.  Operations on long vectors are now quite
4040 fast!  (But of course if you use @kbd{t .} you will lose the ability
4041 to get old vectors back using the @kbd{t y} command.)
4043 An easy way to view a full vector when @kbd{v .} mode is active is
4044 to press @kbd{`} (back-quote) to edit the vector; editing always works
4045 with the full, unabbreviated value.
4047 @cindex Least-squares for fitting a straight line
4048 @cindex Fitting data to a line
4049 @cindex Line, fitting data to
4050 @cindex Data, extracting from buffers
4051 @cindex Columns of data, extracting
4052 As a larger example, let's try to fit a straight line to some data,
4053 using the method of least squares.  (Calc has a built-in command for
4054 least-squares curve fitting, but we'll do it by hand here just to
4055 practice working with vectors.)  Suppose we have the following list
4056 of values in a file we have loaded into Emacs:
4058 @smallexample
4059   x        y
4060  ---      ---
4061  1.34    0.234
4062  1.41    0.298
4063  1.49    0.402
4064  1.56    0.412
4065  1.64    0.466
4066  1.73    0.473
4067  1.82    0.601
4068  1.91    0.519
4069  2.01    0.603
4070  2.11    0.637
4071  2.22    0.645
4072  2.33    0.705
4073  2.45    0.917
4074  2.58    1.009
4075  2.71    0.971
4076  2.85    1.062
4077  3.00    1.148
4078  3.15    1.157
4079  3.32    1.354
4080 @end smallexample
4082 @noindent
4083 If you are reading this tutorial in printed form, you will find it
4084 easiest to press @kbd{C-x * i} to enter the on-line Info version of
4085 the manual and find this table there.  (Press @kbd{g}, then type
4086 @kbd{List Tutorial}, to jump straight to this section.)
4088 Position the cursor at the upper-left corner of this table, just
4089 to the left of the @expr{1.34}.  Press @kbd{C-@@} to set the mark.
4090 (On your system this may be @kbd{C-2}, @kbd{C-@key{SPC}}, or @kbd{NUL}.)
4091 Now position the cursor to the lower-right, just after the @expr{1.354}.
4092 You have now defined this region as an Emacs ``rectangle.''  Still
4093 in the Info buffer, type @kbd{C-x * r}.  This command
4094 (@code{calc-grab-rectangle}) will pop you back into the Calculator, with
4095 the contents of the rectangle you specified in the form of a matrix.
4097 @smallexample
4098 @group
4099 1:  [ [ 1.34, 0.234 ]
4100       [ 1.41, 0.298 ]
4101       @dots{}
4102 @end group
4103 @end smallexample
4105 @noindent
4106 (You may wish to use @kbd{v .} mode to abbreviate the display of this
4107 large matrix.)
4109 We want to treat this as a pair of lists.  The first step is to
4110 transpose this matrix into a pair of rows.  Remember, a matrix is
4111 just a vector of vectors.  So we can unpack the matrix into a pair
4112 of row vectors on the stack.
4114 @smallexample
4115 @group
4116 1:  [ [ 1.34,  1.41,  1.49,  ... ]     2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4117       [ 0.234, 0.298, 0.402, ... ] ]   1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
4118     .                                      .
4120     v t                                    v u
4121 @end group
4122 @end smallexample
4124 @noindent
4125 Let's store these in quick variables 1 and 2, respectively.
4127 @smallexample
4128 @group
4129 1:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]        .
4130     .
4132     t 2                             t 1
4133 @end group
4134 @end smallexample
4136 @noindent
4137 (Recall that @kbd{t 2} is a variant of @kbd{s 2} that removes the
4138 stored value from the stack.)
4140 In a least squares fit, the slope @expr{m} is given by the formula
4142 @ifinfo
4143 @example
4144 m = (N sum(x y) - sum(x) sum(y)) / (N sum(x^2) - sum(x)^2)
4145 @end example
4146 @end ifinfo
4147 @tex
4148 \turnoffactive
4149 \beforedisplay
4150 $$ m = {N \sum x y - \sum x \sum y  \over
4151         N \sum x^2 - \left( \sum x \right)^2} $$
4152 \afterdisplay
4153 @end tex
4155 @noindent
4156 where 
4157 @texline @math{\sum x}
4158 @infoline @expr{sum(x)} 
4159 represents the sum of all the values of @expr{x}.  While there is an
4160 actual @code{sum} function in Calc, it's easier to sum a vector using a
4161 simple reduction.  First, let's compute the four different sums that
4162 this formula uses.
4164 @smallexample
4165 @group
4166 1:  41.63                 1:  98.0003
4167     .                         .
4169  r 1 V R +   t 3           r 1 2 V M ^ V R +   t 4
4171 @end group
4172 @end smallexample
4173 @noindent
4174 @smallexample
4175 @group
4176 1:  13.613                1:  33.36554
4177     .                         .
4179  r 2 V R +   t 5           r 1 r 2 V M * V R +   t 6
4180 @end group
4181 @end smallexample
4183 @ifinfo
4184 @noindent
4185 These are @samp{sum(x)}, @samp{sum(x^2)}, @samp{sum(y)}, and @samp{sum(x y)},
4186 respectively.  (We could have used @kbd{*} to compute @samp{sum(x^2)} and
4187 @samp{sum(x y)}.)
4188 @end ifinfo
4189 @tex
4190 \turnoffactive
4191 These are $\sum x$, $\sum x^2$, $\sum y$, and $\sum x y$,
4192 respectively.  (We could have used \kbd{*} to compute $\sum x^2$ and
4193 $\sum x y$.)
4194 @end tex
4196 Finally, we also need @expr{N}, the number of data points.  This is just
4197 the length of either of our lists.
4199 @smallexample
4200 @group
4201 1:  19
4202     .
4204  r 1 v l   t 7
4205 @end group
4206 @end smallexample
4208 @noindent
4209 (That's @kbd{v} followed by a lower-case @kbd{l}.)
4211 Now we grind through the formula:
4213 @smallexample
4214 @group
4215 1:  633.94526  2:  633.94526  1:  67.23607
4216     .          1:  566.70919      .
4217                    .
4219  r 7 r 6 *      r 3 r 5 *         -
4221 @end group
4222 @end smallexample
4223 @noindent
4224 @smallexample
4225 @group
4226 2:  67.23607   3:  67.23607   2:  67.23607   1:  0.52141679
4227 1:  1862.0057  2:  1862.0057  1:  128.9488       .
4228     .          1:  1733.0569      .
4229                    .
4231  r 7 r 4 *      r 3 2 ^           -              /   t 8
4232 @end group
4233 @end smallexample
4235 That gives us the slope @expr{m}.  The y-intercept @expr{b} can now
4236 be found with the simple formula,
4238 @ifinfo
4239 @example
4240 b = (sum(y) - m sum(x)) / N
4241 @end example
4242 @end ifinfo
4243 @tex
4244 \turnoffactive
4245 \beforedisplay
4246 $$ b = {\sum y - m \sum x \over N} $$
4247 \afterdisplay
4248 \vskip10pt
4249 @end tex
4251 @smallexample
4252 @group
4253 1:  13.613     2:  13.613     1:  -8.09358   1:  -0.425978
4254     .          1:  21.70658       .              .
4255                    .
4257    r 5            r 8 r 3 *       -              r 7 /   t 9
4258 @end group
4259 @end smallexample
4261 Let's ``plot'' this straight line approximation, 
4262 @texline @math{y \approx m x + b},
4263 @infoline @expr{m x + b}, 
4264 and compare it with the original data.
4266 @smallexample
4267 @group
4268 1:  [0.699, 0.735, ... ]    1:  [0.273, 0.309, ... ]
4269     .                           .
4271     r 1 r 8 *                   r 9 +    s 0
4272 @end group
4273 @end smallexample
4275 @noindent
4276 Notice that multiplying a vector by a constant, and adding a constant
4277 to a vector, can be done without mapping commands since these are
4278 common operations from vector algebra.  As far as Calc is concerned,
4279 we've just been doing geometry in 19-dimensional space!
4281 We can subtract this vector from our original @expr{y} vector to get
4282 a feel for the error of our fit.  Let's find the maximum error:
4284 @smallexample
4285 @group
4286 1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  0.0897
4287     .                            .                            .
4289     r 2 -                        V M A                        V R X
4290 @end group
4291 @end smallexample
4293 @noindent
4294 First we compute a vector of differences, then we take the absolute
4295 values of these differences, then we reduce the @code{max} function
4296 across the vector.  (The @code{max} function is on the two-key sequence
4297 @kbd{f x}; because it is so common to use @code{max} in a vector
4298 operation, the letters @kbd{X} and @kbd{N} are also accepted for
4299 @code{max} and @code{min} in this context.  In general, you answer
4300 the @kbd{V M} or @kbd{V R} prompt with the actual key sequence that
4301 invokes the function you want.  You could have typed @kbd{V R f x} or
4302 even @kbd{V R x max @key{RET}} if you had preferred.)
4304 If your system has the GNUPLOT program, you can see graphs of your
4305 data and your straight line to see how well they match.  (If you have
4306 GNUPLOT 3.0 or higher, the following instructions will work regardless
4307 of the kind of display you have.  Some GNUPLOT 2.0, non-X-windows systems
4308 may require additional steps to view the graphs.)
4310 Let's start by plotting the original data.  Recall the ``@var{x}'' and ``@var{y}''
4311 vectors onto the stack and press @kbd{g f}.  This ``fast'' graphing
4312 command does everything you need to do for simple, straightforward
4313 plotting of data.
4315 @smallexample
4316 @group
4317 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4318 1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
4319     .
4321     r 1 r 2    g f
4322 @end group
4323 @end smallexample
4325 If all goes well, you will shortly get a new window containing a graph
4326 of the data.  (If not, contact your GNUPLOT or Calc installer to find
4327 out what went wrong.)  In the X window system, this will be a separate
4328 graphics window.  For other kinds of displays, the default is to
4329 display the graph in Emacs itself using rough character graphics.
4330 Press @kbd{q} when you are done viewing the character graphics.
4332 Next, let's add the line we got from our least-squares fit.
4333 @ifinfo
4334 (If you are reading this tutorial on-line while running Calc, typing
4335 @kbd{g a} may cause the tutorial to disappear from its window and be
4336 replaced by a buffer named @samp{*Gnuplot Commands*}.  The tutorial
4337 will reappear when you terminate GNUPLOT by typing @kbd{g q}.) 
4338 @end ifinfo
4340 @smallexample
4341 @group
4342 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
4343 1:  [0.273, 0.309, 0.351, ... ]
4344     .
4346     @key{DEL} r 0    g a  g p
4347 @end group
4348 @end smallexample
4350 It's not very useful to get symbols to mark the data points on this
4351 second curve; you can type @kbd{g S g p} to remove them.  Type @kbd{g q}
4352 when you are done to remove the X graphics window and terminate GNUPLOT.
4354 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  An earlier exercise showed how to do
4355 least squares fitting to a general system of equations.  Our 19 data
4356 points are really 19 equations of the form @expr{y_i = m x_i + b} for
4357 different pairs of @expr{(x_i,y_i)}.  Use the matrix-transpose method
4358 to solve for @expr{m} and @expr{b}, duplicating the above result.
4359 @xref{List Answer 2, 2}. (@bullet{})
4361 @cindex Geometric mean
4362 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  If the input data do not form a
4363 rectangle, you can use @w{@kbd{C-x * g}} (@code{calc-grab-region})
4364 to grab the data the way Emacs normally works with regions---it reads
4365 left-to-right, top-to-bottom, treating line breaks the same as spaces.
4366 Use this command to find the geometric mean of the following numbers.
4367 (The geometric mean is the @var{n}th root of the product of @var{n} numbers.)
4369 @example
4370 2.3  6  22  15.1  7
4371   15  14  7.5
4372   2.5
4373 @end example
4375 @noindent
4376 The @kbd{C-x * g} command accepts numbers separated by spaces or commas,
4377 with or without surrounding vector brackets.
4378 @xref{List Answer 3, 3}. (@bullet{})
4380 @ifinfo
4381 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4382 us that the alternating sum of binomial coefficients
4383 @var{n}-choose-0 minus @var{n}-choose-1 plus @var{n}-choose-2, and so
4384 on up to @var{n}-choose-@var{n},
4385 always comes out to zero.  Let's verify this
4386 for @expr{n=6}.
4387 @end ifinfo
4388 @tex
4389 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4390 us that the alternating sum of binomial coefficients
4391 ${n \choose 0} - {n \choose 1} + {n \choose 2} - \cdots \pm {n \choose n}$
4392 always comes out to zero.  Let's verify this
4393 for \cite{n=6}.
4394 @end tex
4396 @smallexample
4397 @group
4398 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]     1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
4399     .                             .
4401     v x 7 @key{RET}                     1 -
4403 @end group
4404 @end smallexample
4405 @noindent
4406 @smallexample
4407 @group
4408 1:  [1, -6, 15, -20, 15, -6, 1]          1:  0
4409     .                                        .
4411     V M ' (-1)^$ choose(6,$) @key{RET}             V R +
4412 @end group
4413 @end smallexample
4415 The @kbd{V M '} command prompts you to enter any algebraic expression
4416 to define the function to map over the vector.  The symbol @samp{$}
4417 inside this expression represents the argument to the function.
4418 The Calculator applies this formula to each element of the vector,
4419 substituting each element's value for the @samp{$} sign(s) in turn.
4421 To define a two-argument function, use @samp{$$} for the first
4422 argument and @samp{$} for the second:  @kbd{V M ' $$-$ @key{RET}} is
4423 equivalent to @kbd{V M -}.  This is analogous to regular algebraic
4424 entry, where @samp{$$} would refer to the next-to-top stack entry
4425 and @samp{$} would refer to the top stack entry, and @kbd{' $$-$ @key{RET}}
4426 would act exactly like @kbd{-}.
4428 Notice that the @kbd{V M '} command has recorded two things in the
4429 trail:  The result, as usual, and also a funny-looking thing marked
4430 @samp{oper} that represents the operator function you typed in.
4431 The function is enclosed in @samp{< >} brackets, and the argument is
4432 denoted by a @samp{#} sign.  If there were several arguments, they
4433 would be shown as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on.  (For example,
4434 @kbd{V M ' $$-$} will put the function @samp{<#1 - #2>} on the
4435 trail.)  This object is a ``nameless function''; you can use nameless
4436 @w{@samp{< >}} notation to answer the @kbd{V M '} prompt if you like.
4437 Nameless function notation has the interesting, occasionally useful
4438 property that a nameless function is not actually evaluated until
4439 it is used.  For example, @kbd{V M ' $+random(2.0)} evaluates
4440 @samp{random(2.0)} once and adds that random number to all elements
4441 of the vector, but @kbd{V M ' <#+random(2.0)>} evaluates the
4442 @samp{random(2.0)} separately for each vector element.
4444 Another group of operators that are often useful with @kbd{V M} are
4445 the relational operators:  @kbd{a =}, for example, compares two numbers
4446 and gives the result 1 if they are equal, or 0 if not.  Similarly,
4447 @w{@kbd{a <}} checks for one number being less than another.
4449 Other useful vector operations include @kbd{v v}, to reverse a
4450 vector end-for-end; @kbd{V S}, to sort the elements of a vector
4451 into increasing order; and @kbd{v r} and @w{@kbd{v c}}, to extract
4452 one row or column of a matrix, or (in both cases) to extract one
4453 element of a plain vector.  With a negative argument, @kbd{v r}
4454 and @kbd{v c} instead delete one row, column, or vector element.
4456 @cindex Divisor functions
4457 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The @expr{k}th @dfn{divisor function}
4458 @tex
4459 $\sigma_k(n)$
4460 @end tex
4461 is the sum of the @expr{k}th powers of all the divisors of an
4462 integer @expr{n}.  Figure out a method for computing the divisor
4463 function for reasonably small values of @expr{n}.  As a test,
4464 the 0th and 1st divisor functions of 30 are 8 and 72, respectively.
4465 @xref{List Answer 4, 4}. (@bullet{})
4467 @cindex Square-free numbers
4468 @cindex Duplicate values in a list
4469 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @kbd{k f} command produces a
4470 list of prime factors for a number.  Sometimes it is important to
4471 know that a number is @dfn{square-free}, i.e., that no prime occurs
4472 more than once in its list of prime factors.  Find a sequence of
4473 keystrokes to tell if a number is square-free; your method should
4474 leave 1 on the stack if it is, or 0 if it isn't.
4475 @xref{List Answer 5, 5}. (@bullet{})
4477 @cindex Triangular lists
4478 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Build a list of lists that looks
4479 like the following diagram.  (You may wish to use the @kbd{v /}
4480 command to enable multi-line display of vectors.)
4482 @smallexample
4483 @group
4484 1:  [ [1],
4485       [1, 2],
4486       [1, 2, 3],
4487       [1, 2, 3, 4],
4488       [1, 2, 3, 4, 5],
4489       [1, 2, 3, 4, 5, 6] ]
4490 @end group
4491 @end smallexample
4493 @noindent
4494 @xref{List Answer 6, 6}. (@bullet{})
4496 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Build the following list of lists.
4498 @smallexample
4499 @group
4500 1:  [ [0],
4501       [1, 2],
4502       [3, 4, 5],
4503       [6, 7, 8, 9],
4504       [10, 11, 12, 13, 14],
4505       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
4506 @end group
4507 @end smallexample
4509 @noindent
4510 @xref{List Answer 7, 7}. (@bullet{})
4512 @cindex Maximizing a function over a list of values
4513 @c [fix-ref Numerical Solutions]
4514 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  Compute a list of values of Bessel's
4515 @texline @math{J_1(x)}
4516 @infoline @expr{J1} 
4517 function @samp{besJ(1,x)} for @expr{x} from 0 to 5 in steps of 0.25.
4518 Find the value of @expr{x} (from among the above set of values) for
4519 which @samp{besJ(1,x)} is a maximum.  Use an ``automatic'' method,
4520 i.e., just reading along the list by hand to find the largest value
4521 is not allowed!  (There is an @kbd{a X} command which does this kind
4522 of thing automatically; @pxref{Numerical Solutions}.)
4523 @xref{List Answer 8, 8}. (@bullet{})
4525 @cindex Digits, vectors of
4526 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  You are given an integer in the range
4527 @texline @math{0 \le N < 10^m}
4528 @infoline @expr{0 <= N < 10^m} 
4529 for @expr{m=12} (i.e., an integer of less than
4530 twelve digits).  Convert this integer into a vector of @expr{m}
4531 digits, each in the range from 0 to 9.  In vector-of-digits notation,
4532 add one to this integer to produce a vector of @expr{m+1} digits
4533 (since there could be a carry out of the most significant digit).
4534 Convert this vector back into a regular integer.  A good integer
4535 to try is 25129925999.  @xref{List Answer 9, 9}. (@bullet{})
4537 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Your friend Joe tried to use
4538 @kbd{V R a =} to test if all numbers in a list were equal.  What
4539 happened?  How would you do this test?  @xref{List Answer 10, 10}. (@bullet{})
4541 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The area of a circle of radius one
4542 is @cpi{}.  The area of the 
4543 @texline @math{2\times2}
4544 @infoline 2x2
4545 square that encloses that circle is 4.  So if we throw @var{n} darts at
4546 random points in the square, about @cpiover{4} of them will land inside
4547 the circle.  This gives us an entertaining way to estimate the value of 
4548 @cpi{}.  The @w{@kbd{k r}}
4549 command picks a random number between zero and the value on the stack.
4550 We could get a random floating-point number between @mathit{-1} and 1 by typing
4551 @w{@kbd{2.0 k r 1 -}}.  Build a vector of 100 random @expr{(x,y)} points in
4552 this square, then use vector mapping and reduction to count how many
4553 points lie inside the unit circle.  Hint:  Use the @kbd{v b} command.
4554 @xref{List Answer 11, 11}. (@bullet{})
4556 @cindex Matchstick problem
4557 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  The @dfn{matchstick problem} provides
4558 another way to calculate @cpi{}.  Say you have an infinite field
4559 of vertical lines with a spacing of one inch.  Toss a one-inch matchstick
4560 onto the field.  The probability that the matchstick will land crossing
4561 a line turns out to be 
4562 @texline @math{2/\pi}.
4563 @infoline @expr{2/pi}.  
4564 Toss 100 matchsticks to estimate @cpi{}.  (If you want still more fun,
4565 the probability that the GCD (@w{@kbd{k g}}) of two large integers is
4566 one turns out to be 
4567 @texline @math{6/\pi^2}.
4568 @infoline @expr{6/pi^2}.
4569 That provides yet another way to estimate @cpi{}.)
4570 @xref{List Answer 12, 12}. (@bullet{})
4572 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  An algebraic entry of a string in
4573 double-quote marks, @samp{"hello"}, creates a vector of the numerical
4574 (ASCII) codes of the characters (here, @expr{[104, 101, 108, 108, 111]}).
4575 Sometimes it is convenient to compute a @dfn{hash code} of a string,
4576 which is just an integer that represents the value of that string.
4577 Two equal strings have the same hash code; two different strings
4578 @dfn{probably} have different hash codes.  (For example, Calc has
4579 over 400 function names, but Emacs can quickly find the definition for
4580 any given name because it has sorted the functions into ``buckets'' by
4581 their hash codes.  Sometimes a few names will hash into the same bucket,
4582 but it is easier to search among a few names than among all the names.)
4583 One popular hash function is computed as follows:  First set @expr{h = 0}.
4584 Then, for each character from the string in turn, set @expr{h = 3h + c_i}
4585 where @expr{c_i} is the character's ASCII code.  If we have 511 buckets,
4586 we then take the hash code modulo 511 to get the bucket number.  Develop a
4587 simple command or commands for converting string vectors into hash codes.
4588 The hash code for @samp{"Testing, 1, 2, 3"} is 1960915098, which modulo
4589 511 is 121.  @xref{List Answer 13, 13}. (@bullet{})
4591 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  The @kbd{H V R} and @kbd{H V U}
4592 commands do nested function evaluations.  @kbd{H V U} takes a starting
4593 value and a number of steps @var{n} from the stack; it then applies the
4594 function you give to the starting value 0, 1, 2, up to @var{n} times
4595 and returns a vector of the results.  Use this command to create a
4596 ``random walk'' of 50 steps.  Start with the two-dimensional point
4597 @expr{(0,0)}; then take one step a random distance between @mathit{-1} and 1
4598 in both @expr{x} and @expr{y}; then take another step, and so on.  Use the
4599 @kbd{g f} command to display this random walk.  Now modify your random
4600 walk to walk a unit distance, but in a random direction, at each step.
4601 (Hint:  The @code{sincos} function returns a vector of the cosine and
4602 sine of an angle.)  @xref{List Answer 14, 14}. (@bullet{})
4604 @node Types Tutorial, Algebra Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Tutorial
4605 @section Types Tutorial
4607 @noindent
4608 Calc understands a variety of data types as well as simple numbers.
4609 In this section, we'll experiment with each of these types in turn.
4611 The numbers we've been using so far have mainly been either @dfn{integers}
4612 or @dfn{floats}.  We saw that floats are usually a good approximation to
4613 the mathematical concept of real numbers, but they are only approximations
4614 and are susceptible to roundoff error.  Calc also supports @dfn{fractions},
4615 which can exactly represent any rational number.
4617 @smallexample
4618 @group
4619 1:  3628800    2:  3628800    1:  518400:7   1:  518414:7   1:  7:518414
4620     .          1:  49             .              .              .
4621                    .
4623     10 !           49 @key{RET}         :              2 +            &
4624 @end group
4625 @end smallexample
4627 @noindent
4628 The @kbd{:} command divides two integers to get a fraction; @kbd{/}
4629 would normally divide integers to get a floating-point result.
4630 Notice we had to type @key{RET} between the @kbd{49} and the @kbd{:}
4631 since the @kbd{:} would otherwise be interpreted as part of a
4632 fraction beginning with 49.
4634 You can convert between floating-point and fractional format using
4635 @kbd{c f} and @kbd{c F}:
4637 @smallexample
4638 @group
4639 1:  1.35027217629e-5    1:  7:518414
4640     .                       .
4642     c f                     c F
4643 @end group
4644 @end smallexample
4646 The @kbd{c F} command replaces a floating-point number with the
4647 ``simplest'' fraction whose floating-point representation is the
4648 same, to within the current precision.
4650 @smallexample
4651 @group
4652 1:  3.14159265359   1:  1146408:364913   1:  3.1416   1:  355:113
4653     .                   .                    .            .
4655     P                   c F      @key{DEL}       p 5 @key{RET} P      c F
4656 @end group
4657 @end smallexample
4659 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  A calculation has produced the
4660 result 1.26508260337.  You suspect it is the square root of the
4661 product of @cpi{} and some rational number.  Is it?  (Be sure
4662 to allow for roundoff error!)  @xref{Types Answer 1, 1}. (@bullet{})
4664 @dfn{Complex numbers} can be stored in both rectangular and polar form.
4666 @smallexample
4667 @group
4668 1:  -9     1:  (0, 3)    1:  (3; 90.)   1:  (6; 90.)   1:  (2.4495; 45.)
4669     .          .             .              .              .
4671     9 n        Q             c p            2 *            Q
4672 @end group
4673 @end smallexample
4675 @noindent
4676 The square root of @mathit{-9} is by default rendered in rectangular form
4677 (@w{@expr{0 + 3i}}), but we can convert it to polar form (3 with a
4678 phase angle of 90 degrees).  All the usual arithmetic and scientific
4679 operations are defined on both types of complex numbers.
4681 Another generalized kind of number is @dfn{infinity}.  Infinity
4682 isn't really a number, but it can sometimes be treated like one.
4683 Calc uses the symbol @code{inf} to represent positive infinity,
4684 i.e., a value greater than any real number.  Naturally, you can
4685 also write @samp{-inf} for minus infinity, a value less than any
4686 real number.  The word @code{inf} can only be input using
4687 algebraic entry.
4689 @smallexample
4690 @group
4691 2:  inf        2:  -inf       2:  -inf       2:  -inf       1:  nan
4692 1:  -17        1:  -inf       1:  -inf       1:  inf            .
4693     .              .              .              .
4695 ' inf @key{RET} 17 n     *  @key{RET}         72 +           A              +
4696 @end group
4697 @end smallexample
4699 @noindent
4700 Since infinity is infinitely large, multiplying it by any finite
4701 number (like @mathit{-17}) has no effect, except that since @mathit{-17}
4702 is negative, it changes a plus infinity to a minus infinity.
4703 (``A huge positive number, multiplied by @mathit{-17}, yields a huge
4704 negative number.'')  Adding any finite number to infinity also
4705 leaves it unchanged.  Taking an absolute value gives us plus
4706 infinity again.  Finally, we add this plus infinity to the minus
4707 infinity we had earlier.  If you work it out, you might expect
4708 the answer to be @mathit{-72} for this.  But the 72 has been completely
4709 lost next to the infinities; by the time we compute @w{@samp{inf - inf}}
4710 the finite difference between them, if any, is undetectable.
4711 So we say the result is @dfn{indeterminate}, which Calc writes
4712 with the symbol @code{nan} (for Not A Number).
4714 Dividing by zero is normally treated as an error, but you can get
4715 Calc to write an answer in terms of infinity by pressing @kbd{m i}
4716 to turn on Infinite mode.
4718 @smallexample
4719 @group
4720 3:  nan        2:  nan        2:  nan        2:  nan        1:  nan
4721 2:  1          1:  1 / 0      1:  uinf       1:  uinf           .
4722 1:  0              .              .              .
4723     .
4725   1 @key{RET} 0          /       m i    U /            17 n *         +
4726 @end group
4727 @end smallexample
4729 @noindent
4730 Dividing by zero normally is left unevaluated, but after @kbd{m i}
4731 it instead gives an infinite result.  The answer is actually
4732 @code{uinf}, ``undirected infinity.''  If you look at a graph of
4733 @expr{1 / x} around @w{@expr{x = 0}}, you'll see that it goes toward
4734 plus infinity as you approach zero from above, but toward minus
4735 infinity as you approach from below.  Since we said only @expr{1 / 0},
4736 Calc knows that the answer is infinite but not in which direction.
4737 That's what @code{uinf} means.  Notice that multiplying @code{uinf}
4738 by a negative number still leaves plain @code{uinf}; there's no
4739 point in saying @samp{-uinf} because the sign of @code{uinf} is
4740 unknown anyway.  Finally, we add @code{uinf} to our @code{nan},
4741 yielding @code{nan} again.  It's easy to see that, because
4742 @code{nan} means ``totally unknown'' while @code{uinf} means
4743 ``unknown sign but known to be infinite,'' the more mysterious
4744 @code{nan} wins out when it is combined with @code{uinf}, or, for
4745 that matter, with anything else.
4747 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Predict what Calc will answer
4748 for each of these formulas:  @samp{inf / inf}, @samp{exp(inf)},
4749 @samp{exp(-inf)}, @samp{sqrt(-inf)}, @samp{sqrt(uinf)},
4750 @samp{abs(uinf)}, @samp{ln(0)}.
4751 @xref{Types Answer 2, 2}. (@bullet{})
4753 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  We saw that @samp{inf - inf = nan},
4754 which stands for an unknown value.  Can @code{nan} stand for
4755 a complex number?  Can it stand for infinity?
4756 @xref{Types Answer 3, 3}. (@bullet{})
4758 @dfn{HMS forms} represent a value in terms of hours, minutes, and
4759 seconds.
4761 @smallexample
4762 @group
4763 1:  2@@ 30' 0"     1:  3@@ 30' 0"     2:  3@@ 30' 0"     1:  2.
4764     .                 .             1:  1@@ 45' 0."        .
4765                                         .
4767   2@@ 30' @key{RET}          1 +               @key{RET} 2 /           /
4768 @end group
4769 @end smallexample
4771 HMS forms can also be used to hold angles in degrees, minutes, and
4772 seconds.
4774 @smallexample
4775 @group
4776 1:  0.5        1:  26.56505   1:  26@@ 33' 54.18"    1:  0.44721
4777     .              .              .                     .
4779     0.5            I T            c h                   S
4780 @end group
4781 @end smallexample
4783 @noindent
4784 First we convert the inverse tangent of 0.5 to degrees-minutes-seconds
4785 form, then we take the sine of that angle.  Note that the trigonometric
4786 functions will accept HMS forms directly as input.
4788 @cindex Beatles
4789 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The Beatles' @emph{Abbey Road} is
4790 47 minutes and 26 seconds long, and contains 17 songs.  What is the
4791 average length of a song on @emph{Abbey Road}?  If the Extended Disco
4792 Version of @emph{Abbey Road} added 20 seconds to the length of each
4793 song, how long would the album be?  @xref{Types Answer 4, 4}. (@bullet{})
4795 A @dfn{date form} represents a date, or a date and time.  Dates must
4796 be entered using algebraic entry.  Date forms are surrounded by
4797 @samp{< >} symbols; most standard formats for dates are recognized.
4799 @smallexample
4800 @group
4801 2:  <Sun Jan 13, 1991>                    1:  2.25
4802 1:  <6:00pm Thu Jan 10, 1991>                 .
4803     .
4805 ' <13 Jan 1991>, <1/10/91, 6pm> @key{RET}           -
4806 @end group
4807 @end smallexample
4809 @noindent
4810 In this example, we enter two dates, then subtract to find the
4811 number of days between them.  It is also possible to add an
4812 HMS form or a number (of days) to a date form to get another
4813 date form.
4815 @smallexample
4816 @group
4817 1:  <4:45:59pm Mon Jan 14, 1991>     1:  <2:50:59am Thu Jan 17, 1991>
4818     .                                    .
4820     t N                                  2 + 10@@ 5' +
4821 @end group
4822 @end smallexample
4824 @c [fix-ref Date Arithmetic]
4825 @noindent
4826 The @kbd{t N} (``now'') command pushes the current date and time on the
4827 stack; then we add two days, ten hours and five minutes to the date and
4828 time.  Other date-and-time related commands include @kbd{t J}, which
4829 does Julian day conversions, @kbd{t W}, which finds the beginning of
4830 the week in which a date form lies, and @kbd{t I}, which increments a
4831 date by one or several months.  @xref{Date Arithmetic}, for more.
4833 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  How many days until the next
4834 Friday the 13th?  @xref{Types Answer 5, 5}. (@bullet{})
4836 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  How many leap years will there be
4837 between now and the year 10001 A.D.?  @xref{Types Answer 6, 6}. (@bullet{})
4839 @cindex Slope and angle of a line
4840 @cindex Angle and slope of a line
4841 An @dfn{error form} represents a mean value with an attached standard
4842 deviation, or error estimate.  Suppose our measurements indicate that
4843 a certain telephone pole is about 30 meters away, with an estimated
4844 error of 1 meter, and 8 meters tall, with an estimated error of 0.2
4845 meters.  What is the slope of a line from here to the top of the
4846 pole, and what is the equivalent angle in degrees?
4848 @smallexample
4849 @group
4850 1:  8 +/- 0.2    2:  8 +/- 0.2   1:  0.266 +/- 0.011   1:  14.93 +/- 0.594
4851     .            1:  30 +/- 1        .                     .
4852                      .
4854     8 p .2 @key{RET}       30 p 1          /                     I T
4855 @end group
4856 @end smallexample
4858 @noindent
4859 This means that the angle is about 15 degrees, and, assuming our
4860 original error estimates were valid standard deviations, there is about
4861 a 60% chance that the result is correct within 0.59 degrees.
4863 @cindex Torus, volume of
4864 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  The volume of a torus (a donut shape) is
4865 @texline @math{2 \pi^2 R r^2}
4866 @infoline @w{@expr{2 pi^2 R r^2}} 
4867 where @expr{R} is the radius of the circle that
4868 defines the center of the tube and @expr{r} is the radius of the tube
4869 itself.  Suppose @expr{R} is 20 cm and @expr{r} is 4 cm, each known to
4870 within 5 percent.  What is the volume and the relative uncertainty of
4871 the volume?  @xref{Types Answer 7, 7}. (@bullet{})
4873 An @dfn{interval form} represents a range of values.  While an
4874 error form is best for making statistical estimates, intervals give
4875 you exact bounds on an answer.  Suppose we additionally know that
4876 our telephone pole is definitely between 28 and 31 meters away,
4877 and that it is between 7.7 and 8.1 meters tall.
4879 @smallexample
4880 @group
4881 1:  [7.7 .. 8.1]  2:  [7.7 .. 8.1]  1:  [0.24 .. 0.28]  1:  [13.9 .. 16.1]
4882     .             1:  [28 .. 31]        .                   .
4883                       .
4885   [ 7.7 .. 8.1 ]    [ 28 .. 31 ]        /                   I T
4886 @end group
4887 @end smallexample
4889 @noindent
4890 If our bounds were correct, then the angle to the top of the pole
4891 is sure to lie in the range shown.
4893 The square brackets around these intervals indicate that the endpoints
4894 themselves are allowable values.  In other words, the distance to the
4895 telephone pole is between 28 and 31, @emph{inclusive}.  You can also
4896 make an interval that is exclusive of its endpoints by writing
4897 parentheses instead of square brackets.  You can even make an interval
4898 which is inclusive (``closed'') on one end and exclusive (``open'') on
4899 the other.
4901 @smallexample
4902 @group
4903 1:  [1 .. 10)    1:  (0.1 .. 1]   2:  (0.1 .. 1]   1:  (0.2 .. 3)
4904     .                .            1:  [2 .. 3)         .
4905                                       .
4907   [ 1 .. 10 )        &              [ 2 .. 3 )         *
4908 @end group
4909 @end smallexample
4911 @noindent
4912 The Calculator automatically keeps track of which end values should
4913 be open and which should be closed.  You can also make infinite or
4914 semi-infinite intervals by using @samp{-inf} or @samp{inf} for one
4915 or both endpoints.
4917 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  What answer would you expect from
4918 @samp{@w{1 /} @w{(0 .. 10)}}?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 0)}}?  What
4919 about @samp{@w{1 /} @w{[0 .. 10]}} (where the interval actually includes
4920 zero)?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 10)}}?
4921 @xref{Types Answer 8, 8}. (@bullet{})
4923 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  Two easy ways of squaring a number
4924 are @kbd{@key{RET} *} and @w{@kbd{2 ^}}.  Normally these produce the same
4925 answer.  Would you expect this still to hold true for interval forms?
4926 If not, which of these will result in a larger interval?
4927 @xref{Types Answer 9, 9}. (@bullet{})
4929 A @dfn{modulo form} is used for performing arithmetic modulo @var{m}.
4930 For example, arithmetic involving time is generally done modulo 12
4931 or 24 hours.
4933 @smallexample
4934 @group
4935 1:  17 mod 24    1:  3 mod 24     1:  21 mod 24    1:  9 mod 24
4936     .                .                .                .
4938     17 M 24 @key{RET}      10 +             n                5 /
4939 @end group
4940 @end smallexample
4942 @noindent
4943 In this last step, Calc has divided by 5 modulo 24; i.e., it has found a
4944 new number which, when multiplied by 5 modulo 24, produces the original
4945 number, 21.  If @var{m} is prime and the divisor is not a multiple of
4946 @var{m}, it is always possible to find such a number.  For non-prime
4947 @var{m} like 24, it is only sometimes possible. 
4949 @smallexample
4950 @group
4951 1:  10 mod 24    1:  16 mod 24    1:  1000000...   1:  16
4952     .                .                .                .
4954     10 M 24 @key{RET}      100 ^            10 @key{RET} 100 ^     24 %
4955 @end group
4956 @end smallexample
4958 @noindent
4959 These two calculations get the same answer, but the first one is
4960 much more efficient because it avoids the huge intermediate value
4961 that arises in the second one.
4963 @cindex Fermat, primality test of
4964 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  A theorem of Pierre de Fermat
4965 says that 
4966 @texline @w{@math{x^{n-1} \bmod n = 1}}
4967 @infoline @expr{x^(n-1) mod n = 1}
4968 if @expr{n} is a prime number and @expr{x} is an integer less than
4969 @expr{n}.  If @expr{n} is @emph{not} a prime number, this will
4970 @emph{not} be true for most values of @expr{x}.  Thus we can test
4971 informally if a number is prime by trying this formula for several
4972 values of @expr{x}.  Use this test to tell whether the following numbers
4973 are prime: 811749613, 15485863.  @xref{Types Answer 10, 10}. (@bullet{})
4975 It is possible to use HMS forms as parts of error forms, intervals,
4976 modulo forms, or as the phase part of a polar complex number.
4977 For example, the @code{calc-time} command pushes the current time
4978 of day on the stack as an HMS/modulo form.
4980 @smallexample
4981 @group
4982 1:  17@@ 34' 45" mod 24@@ 0' 0"     1:  6@@ 22' 15" mod 24@@ 0' 0"
4983     .                                 .
4985     x time @key{RET}                        n
4986 @end group
4987 @end smallexample
4989 @noindent
4990 This calculation tells me it is six hours and 22 minutes until midnight.
4992 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  A rule of thumb is that one year
4993 is about 
4994 @texline @math{\pi \times 10^7}
4995 @infoline @w{@expr{pi * 10^7}} 
4996 seconds.  What time will it be that many seconds from right now?
4997 @xref{Types Answer 11, 11}. (@bullet{})
4999 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  You are preparing to order packaging
5000 for the CD release of the Extended Disco Version of @emph{Abbey Road}.
5001 You are told that the songs will actually be anywhere from 20 to 60
5002 seconds longer than the originals.  One CD can hold about 75 minutes
5003 of music.  Should you order single or double packages?
5004 @xref{Types Answer 12, 12}. (@bullet{})
5006 Another kind of data the Calculator can manipulate is numbers with
5007 @dfn{units}.  This isn't strictly a new data type; it's simply an
5008 application of algebraic expressions, where we use variables with
5009 suggestive names like @samp{cm} and @samp{in} to represent units
5010 like centimeters and inches.
5012 @smallexample
5013 @group
5014 1:  2 in        1:  5.08 cm      1:  0.027778 fath   1:  0.0508 m
5015     .               .                .                   .
5017     ' 2in @key{RET}       u c cm @key{RET}       u c fath @key{RET}        u b
5018 @end group
5019 @end smallexample
5021 @noindent
5022 We enter the quantity ``2 inches'' (actually an algebraic expression
5023 which means two times the variable @samp{in}), then we convert it
5024 first to centimeters, then to fathoms, then finally to ``base'' units,
5025 which in this case means meters.
5027 @smallexample
5028 @group
5029 1:  9 acre     1:  3 sqrt(acre)   1:  190.84 m   1:  190.84 m + 30 cm
5030     .              .                  .              .
5032  ' 9 acre @key{RET}      Q                  u s            ' $+30 cm @key{RET}
5034 @end group
5035 @end smallexample
5036 @noindent
5037 @smallexample
5038 @group
5039 1:  191.14 m     1:  36536.3046 m^2    1:  365363046 cm^2
5040     .                .                     .
5042     u s              2 ^                   u c cgs
5043 @end group
5044 @end smallexample
5046 @noindent
5047 Since units expressions are really just formulas, taking the square
5048 root of @samp{acre} is undefined.  After all, @code{acre} might be an
5049 algebraic variable that you will someday assign a value.  We use the
5050 ``units-simplify'' command to simplify the expression with variables
5051 being interpreted as unit names.
5053 In the final step, we have converted not to a particular unit, but to a
5054 units system.  The ``cgs'' system uses centimeters instead of meters
5055 as its standard unit of length.
5057 There is a wide variety of units defined in the Calculator.
5059 @smallexample
5060 @group
5061 1:  55 mph     1:  88.5139 kph   1:   88.5139 km / hr   1:  8.201407e-8 c
5062     .              .                  .                     .
5064  ' 55 mph @key{RET}      u c kph @key{RET}        u c km/hr @key{RET}         u c c @key{RET}
5065 @end group
5066 @end smallexample
5068 @noindent
5069 We express a speed first in miles per hour, then in kilometers per
5070 hour, then again using a slightly more explicit notation, then
5071 finally in terms of fractions of the speed of light.
5073 Temperature conversions are a bit more tricky.  There are two ways to
5074 interpret ``20 degrees Fahrenheit''---it could mean an actual
5075 temperature, or it could mean a change in temperature.  For normal
5076 units there is no difference, but temperature units have an offset
5077 as well as a scale factor and so there must be two explicit commands
5078 for them.
5080 @smallexample
5081 @group
5082 1:  20 degF       1:  11.1111 degC     1:  -20:3 degC    1:  -6.666 degC
5083     .                 .                    .                 .
5085   ' 20 degF @key{RET}       u c degC @key{RET}         U u t degC @key{RET}    c f
5086 @end group
5087 @end smallexample
5089 @noindent
5090 First we convert a change of 20 degrees Fahrenheit into an equivalent
5091 change in degrees Celsius (or Centigrade).  Then, we convert the
5092 absolute temperature 20 degrees Fahrenheit into Celsius.  Since
5093 this comes out as an exact fraction, we then convert to floating-point
5094 for easier comparison with the other result.
5096 For simple unit conversions, you can put a plain number on the stack.
5097 Then @kbd{u c} and @kbd{u t} will prompt for both old and new units.
5098 When you use this method, you're responsible for remembering which
5099 numbers are in which units:
5101 @smallexample
5102 @group
5103 1:  55         1:  88.5139              1:  8.201407e-8
5104     .              .                        .
5106     55             u c mph @key{RET} kph @key{RET}      u c km/hr @key{RET} c @key{RET}
5107 @end group
5108 @end smallexample
5110 To see a complete list of built-in units, type @kbd{u v}.  Press
5111 @w{@kbd{C-x * c}} again to re-enter the Calculator when you're done looking
5112 at the units table.
5114 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  How many seconds are there really
5115 in a year?  @xref{Types Answer 13, 13}. (@bullet{})
5117 @cindex Speed of light
5118 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  Supercomputer designs are limited by
5119 the speed of light (and of electricity, which is nearly as fast).
5120 Suppose a computer has a 4.1 ns (nanosecond) clock cycle, and its
5121 cabinet is one meter across.  Is speed of light going to be a
5122 significant factor in its design?  @xref{Types Answer 14, 14}. (@bullet{})
5124 (@bullet{}) @strong{Exercise 15.}  Sam the Slug normally travels about
5125 five yards in an hour.  He has obtained a supply of Power Pills; each
5126 Power Pill he eats doubles his speed.  How many Power Pills can he
5127 swallow and still travel legally on most US highways?
5128 @xref{Types Answer 15, 15}. (@bullet{})
5130 @node Algebra Tutorial, Programming Tutorial, Types Tutorial, Tutorial
5131 @section Algebra and Calculus Tutorial
5133 @noindent
5134 This section shows how to use Calc's algebra facilities to solve
5135 equations, do simple calculus problems, and manipulate algebraic
5136 formulas.
5138 @menu
5139 * Basic Algebra Tutorial::
5140 * Rewrites Tutorial::
5141 @end menu
5143 @node Basic Algebra Tutorial, Rewrites Tutorial, Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5144 @subsection Basic Algebra
5146 @noindent
5147 If you enter a formula in Algebraic mode that refers to variables,
5148 the formula itself is pushed onto the stack.  You can manipulate
5149 formulas as regular data objects.
5151 @smallexample
5152 @group
5153 1:  2 x^2 - 6       1:  6 - 2 x^2       1:  (6 - 2 x^2) (3 x^2 + y)
5154     .                   .                   .
5156     ' 2x^2-6 @key{RET}        n                   ' 3x^2+y @key{RET} *
5157 @end group
5158 @end smallexample
5160 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Do @kbd{' x @key{RET} Q 2 ^} and
5161 @kbd{' x @key{RET} 2 ^ Q} both wind up with the same result (@samp{x})?
5162 Why or why not?  @xref{Algebra Answer 1, 1}. (@bullet{})
5164 There are also commands for doing common algebraic operations on
5165 formulas.  Continuing with the formula from the last example,
5167 @smallexample
5168 @group
5169 1:  18 x^2 + 6 y - 6 x^4 - 2 x^2 y    1:  (18 - 2 y) x^2 - 6 x^4 + 6 y
5170     .                                     .
5172     a x                                   a c x @key{RET}
5173 @end group
5174 @end smallexample
5176 @noindent
5177 First we ``expand'' using the distributive law, then we ``collect''
5178 terms involving like powers of @expr{x}.
5180 Let's find the value of this expression when @expr{x} is 2 and @expr{y}
5181 is one-half.
5183 @smallexample
5184 @group
5185 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  -25
5186     .                           .
5188     1:2 s l y @key{RET}               2 s l x @key{RET}
5189 @end group
5190 @end smallexample
5192 @noindent
5193 The @kbd{s l} command means ``let''; it takes a number from the top of
5194 the stack and temporarily assigns it as the value of the variable
5195 you specify.  It then evaluates (as if by the @kbd{=} key) the
5196 next expression on the stack.  After this command, the variable goes
5197 back to its original value, if any.
5199 (An earlier exercise in this tutorial involved storing a value in the
5200 variable @code{x}; if this value is still there, you will have to
5201 unstore it with @kbd{s u x @key{RET}} before the above example will work
5202 properly.)
5204 @cindex Maximum of a function using Calculus
5205 Let's find the maximum value of our original expression when @expr{y}
5206 is one-half and @expr{x} ranges over all possible values.  We can
5207 do this by taking the derivative with respect to @expr{x} and examining
5208 values of @expr{x} for which the derivative is zero.  If the second
5209 derivative of the function at that value of @expr{x} is negative,
5210 the function has a local maximum there.
5212 @smallexample
5213 @group
5214 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  34 x - 24 x^3
5215     .                           .
5217     U @key{DEL}  s 1                  a d x @key{RET}   s 2
5218 @end group
5219 @end smallexample
5221 @noindent
5222 Well, the derivative is clearly zero when @expr{x} is zero.  To find
5223 the other root(s), let's divide through by @expr{x} and then solve:
5225 @smallexample
5226 @group
5227 1:  (34 x - 24 x^3) / x    1:  34 x / x - 24 x^3 / x    1:  34 - 24 x^2
5228     .                          .                            .
5230     ' x @key{RET} /                  a x                          a s
5232 @end group
5233 @end smallexample
5234 @noindent
5235 @smallexample
5236 @group
5237 1:  34 - 24 x^2 = 0        1:  x = 1.19023
5238     .                          .
5240     0 a =  s 3                 a S x @key{RET}
5241 @end group
5242 @end smallexample
5244 @noindent
5245 Notice the use of @kbd{a s} to ``simplify'' the formula.  When the
5246 default algebraic simplifications don't do enough, you can use
5247 @kbd{a s} to tell Calc to spend more time on the job.
5249 Now we compute the second derivative and plug in our values of @expr{x}:
5251 @smallexample
5252 @group
5253 1:  1.19023        2:  1.19023         2:  1.19023
5254     .              1:  34 x - 24 x^3   1:  34 - 72 x^2
5255                        .                   .
5257     a .                r 2                 a d x @key{RET} s 4
5258 @end group
5259 @end smallexample
5261 @noindent
5262 (The @kbd{a .} command extracts just the righthand side of an equation.
5263 Another method would have been to use @kbd{v u} to unpack the equation
5264 @w{@samp{x = 1.19}} to @samp{x} and @samp{1.19}, then use @kbd{M-- M-2 @key{DEL}}
5265 to delete the @samp{x}.)
5267 @smallexample
5268 @group
5269 2:  34 - 72 x^2   1:  -68.         2:  34 - 72 x^2     1:  34
5270 1:  1.19023           .            1:  0                   .
5271     .                                  .
5273     @key{TAB}               s l x @key{RET}        U @key{DEL} 0             s l x @key{RET}
5274 @end group
5275 @end smallexample
5277 @noindent
5278 The first of these second derivatives is negative, so we know the function
5279 has a maximum value at @expr{x = 1.19023}.  (The function also has a
5280 local @emph{minimum} at @expr{x = 0}.)
5282 When we solved for @expr{x}, we got only one value even though
5283 @expr{34 - 24 x^2 = 0} is a quadratic equation that ought to have
5284 two solutions.  The reason is that @w{@kbd{a S}} normally returns a
5285 single ``principal'' solution.  If it needs to come up with an
5286 arbitrary sign (as occurs in the quadratic formula) it picks @expr{+}.
5287 If it needs an arbitrary integer, it picks zero.  We can get a full
5288 solution by pressing @kbd{H} (the Hyperbolic flag) before @kbd{a S}.
5290 @smallexample
5291 @group
5292 1:  34 - 24 x^2 = 0    1:  x = 1.19023 s1      1:  x = -1.19023
5293     .                      .                       .
5295     r 3                    H a S x @key{RET}  s 5        1 n  s l s1 @key{RET}
5296 @end group
5297 @end smallexample
5299 @noindent
5300 Calc has invented the variable @samp{s1} to represent an unknown sign;
5301 it is supposed to be either @mathit{+1} or @mathit{-1}.  Here we have used
5302 the ``let'' command to evaluate the expression when the sign is negative.
5303 If we plugged this into our second derivative we would get the same,
5304 negative, answer, so @expr{x = -1.19023} is also a maximum.
5306 To find the actual maximum value, we must plug our two values of @expr{x}
5307 into the original formula.
5309 @smallexample
5310 @group
5311 2:  17 x^2 - 6 x^4 + 3    1:  24.08333 s1^2 - 12.04166 s1^4 + 3
5312 1:  x = 1.19023 s1            .
5313     .
5315     r 1 r 5                   s l @key{RET}
5316 @end group
5317 @end smallexample
5319 @noindent
5320 (Here we see another way to use @kbd{s l}; if its input is an equation
5321 with a variable on the lefthand side, then @kbd{s l} treats the equation
5322 like an assignment to that variable if you don't give a variable name.)
5324 It's clear that this will have the same value for either sign of
5325 @code{s1}, but let's work it out anyway, just for the exercise:
5327 @smallexample
5328 @group
5329 2:  [-1, 1]              1:  [15.04166, 15.04166]
5330 1:  24.08333 s1^2 ...        .
5331     .
5333   [ 1 n , 1 ] @key{TAB}            V M $ @key{RET}
5334 @end group
5335 @end smallexample
5337 @noindent
5338 Here we have used a vector mapping operation to evaluate the function
5339 at several values of @samp{s1} at once.  @kbd{V M $} is like @kbd{V M '}
5340 except that it takes the formula from the top of the stack.  The
5341 formula is interpreted as a function to apply across the vector at the
5342 next-to-top stack level.  Since a formula on the stack can't contain
5343 @samp{$} signs, Calc assumes the variables in the formula stand for
5344 different arguments.  It prompts you for an @dfn{argument list}, giving
5345 the list of all variables in the formula in alphabetical order as the
5346 default list.  In this case the default is @samp{(s1)}, which is just
5347 what we want so we simply press @key{RET} at the prompt.
5349 If there had been several different values, we could have used
5350 @w{@kbd{V R X}} to find the global maximum.
5352 Calc has a built-in @kbd{a P} command that solves an equation using
5353 @w{@kbd{H a S}} and returns a vector of all the solutions.  It simply
5354 automates the job we just did by hand.  Applied to our original
5355 cubic polynomial, it would produce the vector of solutions
5356 @expr{[1.19023, -1.19023, 0]}.  (There is also an @kbd{a X} command
5357 which finds a local maximum of a function.  It uses a numerical search
5358 method rather than examining the derivatives, and thus requires you
5359 to provide some kind of initial guess to show it where to look.)
5361 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Given a vector of the roots of a
5362 polynomial (such as the output of an @kbd{a P} command), what
5363 sequence of commands would you use to reconstruct the original
5364 polynomial?  (The answer will be unique to within a constant
5365 multiple; choose the solution where the leading coefficient is one.)
5366 @xref{Algebra Answer 2, 2}. (@bullet{})
5368 The @kbd{m s} command enables Symbolic mode, in which formulas
5369 like @samp{sqrt(5)} that can't be evaluated exactly are left in
5370 symbolic form rather than giving a floating-point approximate answer.
5371 Fraction mode (@kbd{m f}) is also useful when doing algebra.
5373 @smallexample
5374 @group
5375 2:  34 x - 24 x^3        2:  34 x - 24 x^3
5376 1:  34 x - 24 x^3        1:  [sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0]
5377     .                        .
5379     r 2  @key{RET}     m s  m f    a P x @key{RET}
5380 @end group
5381 @end smallexample
5383 One more mode that makes reading formulas easier is Big mode.
5385 @smallexample
5386 @group
5387                3
5388 2:  34 x - 24 x
5390       ____   ____
5391      V 51   V 51
5392 1:  [-----, -----, 0]
5393        6     -6
5395     .
5397     d B
5398 @end group
5399 @end smallexample
5401 Here things like powers, square roots, and quotients and fractions
5402 are displayed in a two-dimensional pictorial form.  Calc has other
5403 language modes as well, such as C mode, FORTRAN mode, @TeX{} mode
5404 and La@TeX{} mode.
5406 @smallexample
5407 @group
5408 2:  34*x - 24*pow(x, 3)               2:  34*x - 24*x**3
5409 1:  @{sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0@}  1:  /sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0/
5410     .                                     .
5412     d C                                   d F
5414 @end group
5415 @end smallexample
5416 @noindent
5417 @smallexample
5418 @group
5419 3:  34 x - 24 x^3
5420 2:  [@{\sqrt@{51@} \over 6@}, @{\sqrt@{51@} \over -6@}, 0]
5421 1:  @{2 \over 3@} \sqrt@{5@}
5422     .
5424     d T   ' 2 \sqrt@{5@} \over 3 @key{RET}
5425 @end group
5426 @end smallexample
5428 @noindent
5429 As you can see, language modes affect both entry and display of
5430 formulas.  They affect such things as the names used for built-in
5431 functions, the set of arithmetic operators and their precedences,
5432 and notations for vectors and matrices.
5434 Notice that @samp{sqrt(51)} may cause problems with older
5435 implementations of C and FORTRAN, which would require something more
5436 like @samp{sqrt(51.0)}.  It is always wise to check over the formulas
5437 produced by the various language modes to make sure they are fully
5438 correct.
5440 Type @kbd{m s}, @kbd{m f}, and @kbd{d N} to reset these modes.  (You
5441 may prefer to remain in Big mode, but all the examples in the tutorial
5442 are shown in normal mode.)
5444 @cindex Area under a curve
5445 What is the area under the portion of this curve from @expr{x = 1} to @expr{2}?
5446 This is simply the integral of the function:
5448 @smallexample
5449 @group
5450 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3     1:  5.6666 x^3 - 1.2 x^5 + 3 x
5451     .                          .
5453     r 1                        a i x
5454 @end group
5455 @end smallexample
5457 @noindent
5458 We want to evaluate this at our two values for @expr{x} and subtract.
5459 One way to do it is again with vector mapping and reduction:
5461 @smallexample
5462 @group
5463 2:  [2, 1]            1:  [12.93333, 7.46666]    1:  5.46666
5464 1:  5.6666 x^3 ...        .                          .
5466    [ 2 , 1 ] @key{TAB}          V M $ @key{RET}                  V R -
5467 @end group
5468 @end smallexample
5470 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Find the integral from 1 to @expr{y}
5471 of 
5472 @texline @math{x \sin \pi x}
5473 @infoline @w{@expr{x sin(pi x)}} 
5474 (where the sine is calculated in radians).  Find the values of the
5475 integral for integers @expr{y} from 1 to 5.  @xref{Algebra Answer 3,
5476 3}. (@bullet{})
5478 Calc's integrator can do many simple integrals symbolically, but many
5479 others are beyond its capabilities.  Suppose we wish to find the area
5480 under the curve 
5481 @texline @math{\sin x \ln x}
5482 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5483 over the same range of @expr{x}.  If you entered this formula and typed
5484 @kbd{a i x @key{RET}} (don't bother to try this), Calc would work for a
5485 long time but would be unable to find a solution.  In fact, there is no
5486 closed-form solution to this integral.  Now what do we do?
5488 @cindex Integration, numerical
5489 @cindex Numerical integration
5490 One approach would be to do the integral numerically.  It is not hard
5491 to do this by hand using vector mapping and reduction.  It is rather
5492 slow, though, since the sine and logarithm functions take a long time.
5493 We can save some time by reducing the working precision.
5495 @smallexample
5496 @group
5497 3:  10                  1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9]
5498 2:  1                       .
5499 1:  0.1
5500     .
5502  10 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}        C-u v x
5503 @end group
5504 @end smallexample
5506 @noindent
5507 (Note that we have used the extended version of @kbd{v x}; we could
5508 also have used plain @kbd{v x} as follows:  @kbd{v x 10 @key{RET} 9 + .1 *}.)
5510 @smallexample
5511 @group
5512 2:  [1, 1.1, ... ]              1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
5513 1:  sin(x) ln(x)                    .
5514     .
5516     ' sin(x) ln(x) @key{RET}  s 1    m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
5518 @end group
5519 @end smallexample
5520 @noindent
5521 @smallexample
5522 @group
5523 1:  3.4195     0.34195
5524     .          .
5526     V R +      0.1 *
5527 @end group
5528 @end smallexample
5530 @noindent
5531 (If you got wildly different results, did you remember to switch
5532 to Radians mode?)
5534 Here we have divided the curve into ten segments of equal width;
5535 approximating these segments as rectangular boxes (i.e., assuming
5536 the curve is nearly flat at that resolution), we compute the areas
5537 of the boxes (height times width), then sum the areas.  (It is
5538 faster to sum first, then multiply by the width, since the width
5539 is the same for every box.)
5541 The true value of this integral turns out to be about 0.374, so
5542 we're not doing too well.  Let's try another approach.
5544 @smallexample
5545 @group
5546 1:  sin(x) ln(x)    1:  0.84147 x - 0.84147 + 0.11957 (x - 1)^2 - ...
5547     .                   .
5549     r 1                 a t x=1 @key{RET} 4 @key{RET}
5550 @end group
5551 @end smallexample
5553 @noindent
5554 Here we have computed the Taylor series expansion of the function
5555 about the point @expr{x=1}.  We can now integrate this polynomial
5556 approximation, since polynomials are easy to integrate.
5558 @smallexample
5559 @group
5560 1:  0.42074 x^2 + ...    1:  [-0.0446, -0.42073]      1:  0.3761
5561     .                        .                            .
5563     a i x @key{RET}            [ 2 , 1 ] @key{TAB}  V M $ @key{RET}         V R -
5564 @end group
5565 @end smallexample
5567 @noindent
5568 Better!  By increasing the precision and/or asking for more terms
5569 in the Taylor series, we can get a result as accurate as we like.
5570 (Taylor series converge better away from singularities in the
5571 function such as the one at @code{ln(0)}, so it would also help to
5572 expand the series about the points @expr{x=2} or @expr{x=1.5} instead
5573 of @expr{x=1}.)
5575 @cindex Simpson's rule
5576 @cindex Integration by Simpson's rule
5577 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Our first method approximated the
5578 curve by stairsteps of width 0.1; the total area was then the sum
5579 of the areas of the rectangles under these stairsteps.  Our second
5580 method approximated the function by a polynomial, which turned out
5581 to be a better approximation than stairsteps.  A third method is
5582 @dfn{Simpson's rule}, which is like the stairstep method except
5583 that the steps are not required to be flat.  Simpson's rule boils
5584 down to the formula,
5586 @ifinfo
5587 @example
5588 (h/3) * (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + ...
5589               + 2 f(a+(n-2)*h) + 4 f(a+(n-1)*h) + f(a+n*h))
5590 @end example
5591 @end ifinfo
5592 @tex
5593 \turnoffactive
5594 \beforedisplay
5595 $$ \displaylines{
5596       \qquad {h \over 3} (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + \cdots
5597    \hfill \cr \hfill    {} + 2 f(a+(n-2)h) + 4 f(a+(n-1)h) + f(a+n h)) \qquad
5598 } $$
5599 \afterdisplay
5600 @end tex
5602 @noindent
5603 where @expr{n} (which must be even) is the number of slices and @expr{h}
5604 is the width of each slice.  These are 10 and 0.1 in our example.
5605 For reference, here is the corresponding formula for the stairstep
5606 method:
5608 @ifinfo
5609 @example
5610 h * (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + ...
5611           + f(a+(n-2)*h) + f(a+(n-1)*h))
5612 @end example
5613 @end ifinfo
5614 @tex
5615 \turnoffactive
5616 \beforedisplay
5617 $$ h (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + \cdots
5618            + f(a+(n-2)h) + f(a+(n-1)h)) $$
5619 \afterdisplay
5620 @end tex
5622 Compute the integral from 1 to 2 of 
5623 @texline @math{\sin x \ln x}
5624 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5625 using Simpson's rule with 10 slices.  
5626 @xref{Algebra Answer 4, 4}. (@bullet{})
5628 Calc has a built-in @kbd{a I} command for doing numerical integration.
5629 It uses @dfn{Romberg's method}, which is a more sophisticated cousin
5630 of Simpson's rule.  In particular, it knows how to keep refining the
5631 result until the current precision is satisfied.
5633 @c [fix-ref Selecting Sub-Formulas]
5634 Aside from the commands we've seen so far, Calc also provides a
5635 large set of commands for operating on parts of formulas.  You
5636 indicate the desired sub-formula by placing the cursor on any part
5637 of the formula before giving a @dfn{selection} command.  Selections won't
5638 be covered in the tutorial; @pxref{Selecting Subformulas}, for
5639 details and examples.
5641 @c hard exercise: simplify (2^(n r) - 2^(r*(n - 1))) / (2^r - 1) 2^(n - 1)
5642 @c                to 2^((n-1)*(r-1)).
5644 @node Rewrites Tutorial, , Basic Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5645 @subsection Rewrite Rules
5647 @noindent
5648 No matter how many built-in commands Calc provided for doing algebra,
5649 there would always be something you wanted to do that Calc didn't have
5650 in its repertoire.  So Calc also provides a @dfn{rewrite rule} system
5651 that you can use to define your own algebraic manipulations.
5653 Suppose we want to simplify this trigonometric formula:
5655 @smallexample
5656 @group
5657 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)
5658     .
5660     ' 1/cos(x) - sin(x) tan(x) @key{RET}   s 1
5661 @end group
5662 @end smallexample
5664 @noindent
5665 If we were simplifying this by hand, we'd probably replace the
5666 @samp{tan} with a @samp{sin/cos} first, then combine over a common
5667 denominator.  There is no Calc command to do the former; the @kbd{a n}
5668 algebra command will do the latter but we'll do both with rewrite
5669 rules just for practice.
5671 Rewrite rules are written with the @samp{:=} symbol.
5673 @smallexample
5674 @group
5675 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)
5676     .
5678     a r tan(a) := sin(a)/cos(a) @key{RET}
5679 @end group
5680 @end smallexample
5682 @noindent
5683 (The ``assignment operator'' @samp{:=} has several uses in Calc.  All
5684 by itself the formula @samp{tan(a) := sin(a)/cos(a)} doesn't do anything,
5685 but when it is given to the @kbd{a r} command, that command interprets
5686 it as a rewrite rule.)
5688 The lefthand side, @samp{tan(a)}, is called the @dfn{pattern} of the
5689 rewrite rule.  Calc searches the formula on the stack for parts that
5690 match the pattern.  Variables in a rewrite pattern are called
5691 @dfn{meta-variables}, and when matching the pattern each meta-variable
5692 can match any sub-formula.  Here, the meta-variable @samp{a} matched
5693 the actual variable @samp{x}.
5695 When the pattern part of a rewrite rule matches a part of the formula,
5696 that part is replaced by the righthand side with all the meta-variables
5697 substituted with the things they matched.  So the result is
5698 @samp{sin(x) / cos(x)}.  Calc's normal algebraic simplifications then
5699 mix this in with the rest of the original formula.
5701 To merge over a common denominator, we can use another simple rule:
5703 @smallexample
5704 @group
5705 1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5706     .
5708     a r a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}
5709 @end group
5710 @end smallexample
5712 This rule points out several interesting features of rewrite patterns.
5713 First, if a meta-variable appears several times in a pattern, it must
5714 match the same thing everywhere.  This rule detects common denominators
5715 because the same meta-variable @samp{x} is used in both of the
5716 denominators.
5718 Second, meta-variable names are independent from variables in the
5719 target formula.  Notice that the meta-variable @samp{x} here matches
5720 the subformula @samp{cos(x)}; Calc never confuses the two meanings of
5721 @samp{x}.
5723 And third, rewrite patterns know a little bit about the algebraic
5724 properties of formulas.  The pattern called for a sum of two quotients;
5725 Calc was able to match a difference of two quotients by matching
5726 @samp{a = 1}, @samp{b = -sin(x)^2}, and @samp{x = cos(x)}.
5728 @c [fix-ref Algebraic Properties of Rewrite Rules]
5729 We could just as easily have written @samp{a/x - b/x := (a-b)/x} for
5730 the rule.  It would have worked just the same in all cases.  (If we
5731 really wanted the rule to apply only to @samp{+} or only to @samp{-},
5732 we could have used the @code{plain} symbol.  @xref{Algebraic Properties
5733 of Rewrite Rules}, for some examples of this.)
5735 One more rewrite will complete the job.  We want to use the identity
5736 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}, but of course we must first rearrange
5737 the identity in a way that matches our formula.  The obvious rule
5738 would be @samp{@w{1 - sin(x)^2} := cos(x)^2}, but a little thought shows
5739 that the rule @samp{sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2} will also work.  The
5740 latter rule has a more general pattern so it will work in many other
5741 situations, too.
5743 @smallexample
5744 @group
5745 1:  (1 + cos(x)^2 - 1) / cos(x)           1:  cos(x)
5746     .                                         .
5748     a r sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}          a s
5749 @end group
5750 @end smallexample
5752 You may ask, what's the point of using the most general rule if you
5753 have to type it in every time anyway?  The answer is that Calc allows
5754 you to store a rewrite rule in a variable, then give the variable
5755 name in the @kbd{a r} command.  In fact, this is the preferred way to
5756 use rewrites.  For one, if you need a rule once you'll most likely
5757 need it again later.  Also, if the rule doesn't work quite right you
5758 can simply Undo, edit the variable, and run the rule again without
5759 having to retype it.
5761 @smallexample
5762 @group
5763 ' tan(x) := sin(x)/cos(x) @key{RET}      s t tsc @key{RET}
5764 ' a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}         s t merge @key{RET}
5765 ' sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}     s t sinsqr @key{RET}
5767 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)     1:  cos(x)
5768     .                                  .
5770     r 1                a r tsc @key{RET}  a r merge @key{RET}  a r sinsqr @key{RET}  a s
5771 @end group
5772 @end smallexample
5774 To edit a variable, type @kbd{s e} and the variable name, use regular
5775 Emacs editing commands as necessary, then type @kbd{C-c C-c} to store
5776 the edited value back into the variable. 
5777 You can also use @w{@kbd{s e}} to create a new variable if you wish.
5779 Notice that the first time you use each rule, Calc puts up a ``compiling''
5780 message briefly.  The pattern matcher converts rules into a special
5781 optimized pattern-matching language rather than using them directly.
5782 This allows @kbd{a r} to apply even rather complicated rules very
5783 efficiently.  If the rule is stored in a variable, Calc compiles it
5784 only once and stores the compiled form along with the variable.  That's
5785 another good reason to store your rules in variables rather than
5786 entering them on the fly.
5788 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Type @kbd{m s} to get Symbolic
5789 mode, then enter the formula @samp{@w{(2 + sqrt(2))} / @w{(1 + sqrt(2))}}.
5790 Using a rewrite rule, simplify this formula by multiplying the top and
5791 bottom by the conjugate @w{@samp{1 - sqrt(2)}}.  The result will have
5792 to be expanded by the distributive law; do this with another
5793 rewrite.  @xref{Rewrites Answer 1, 1}. (@bullet{})
5795 The @kbd{a r} command can also accept a vector of rewrite rules, or
5796 a variable containing a vector of rules.
5798 @smallexample
5799 @group
5800 1:  [tsc, merge, sinsqr]          1:  [tan(x) := sin(x) / cos(x), ... ]
5801     .                                 .
5803     ' [tsc,merge,sinsqr] @key{RET}          =
5805 @end group
5806 @end smallexample
5807 @noindent
5808 @smallexample
5809 @group
5810 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)    1:  cos(x)
5811     .                                 .
5813     s t trig @key{RET}  r 1                 a r trig @key{RET}  a s
5814 @end group
5815 @end smallexample
5817 @c [fix-ref Nested Formulas with Rewrite Rules]
5818 Calc tries all the rules you give against all parts of the formula,
5819 repeating until no further change is possible.  (The exact order in
5820 which things are tried is rather complex, but for simple rules like
5821 the ones we've used here the order doesn't really matter.
5822 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.)
5824 Calc actually repeats only up to 100 times, just in case your rule set
5825 has gotten into an infinite loop.  You can give a numeric prefix argument
5826 to @kbd{a r} to specify any limit.  In particular, @kbd{M-1 a r} does
5827 only one rewrite at a time.
5829 @smallexample
5830 @group
5831 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)    1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5832     .                                     .
5834     r 1  M-1 a r trig @key{RET}                 M-1 a r trig @key{RET}
5835 @end group
5836 @end smallexample
5838 You can type @kbd{M-0 a r} if you want no limit at all on the number
5839 of rewrites that occur.
5841 Rewrite rules can also be @dfn{conditional}.  Simply follow the rule
5842 with a @samp{::} symbol and the desired condition.  For example,
5844 @smallexample
5845 @group
5846 1:  exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i)
5847     .
5849     ' exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i) @key{RET}
5851 @end group
5852 @end smallexample
5853 @noindent
5854 @smallexample
5855 @group
5856 1:  1 + exp(3 pi i) + 1
5857     .
5859     a r exp(k pi i) := 1 :: k % 2 = 0 @key{RET}
5860 @end group
5861 @end smallexample
5863 @noindent
5864 (Recall, @samp{k % 2} is the remainder from dividing @samp{k} by 2,
5865 which will be zero only when @samp{k} is an even integer.)
5867 An interesting point is that the variables @samp{pi} and @samp{i}
5868 were matched literally rather than acting as meta-variables.
5869 This is because they are special-constant variables.  The special
5870 constants @samp{e}, @samp{phi}, and so on also match literally.
5871 A common error with rewrite
5872 rules is to write, say, @samp{f(a,b,c,d,e) := g(a+b+c+d+e)}, expecting
5873 to match any @samp{f} with five arguments but in fact matching
5874 only when the fifth argument is literally @samp{e}!
5876 @cindex Fibonacci numbers
5877 @ignore
5878 @starindex
5879 @end ignore
5880 @tindex fib
5881 Rewrite rules provide an interesting way to define your own functions.
5882 Suppose we want to define @samp{fib(n)} to produce the @var{n}th
5883 Fibonacci number.  The first two Fibonacci numbers are each 1;
5884 later numbers are formed by summing the two preceding numbers in
5885 the sequence.  This is easy to express in a set of three rules:
5887 @smallexample
5888 @group
5889 ' [fib(1) := 1, fib(2) := 1, fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2)] @key{RET}  s t fib
5891 1:  fib(7)               1:  13
5892     .                        .
5894     ' fib(7) @key{RET}             a r fib @key{RET}
5895 @end group
5896 @end smallexample
5898 One thing that is guaranteed about the order that rewrites are tried
5899 is that, for any given subformula, earlier rules in the rule set will
5900 be tried for that subformula before later ones.  So even though the
5901 first and third rules both match @samp{fib(1)}, we know the first will
5902 be used preferentially.
5904 This rule set has one dangerous bug:  Suppose we apply it to the
5905 formula @samp{fib(x)}?  (Don't actually try this.)  The third rule
5906 will match @samp{fib(x)} and replace it with @w{@samp{fib(x-1) + fib(x-2)}}.
5907 Each of these will then be replaced to get @samp{fib(x-2) + 2 fib(x-3) +
5908 fib(x-4)}, and so on, expanding forever.  What we really want is to apply
5909 the third rule only when @samp{n} is an integer greater than two.  Type
5910 @w{@kbd{s e fib @key{RET}}}, then edit the third rule to:
5912 @smallexample
5913 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2
5914 @end smallexample
5916 @noindent
5917 Now:
5919 @smallexample
5920 @group
5921 1:  fib(6) + fib(x) + fib(0)      1:  8 + fib(x) + fib(0)
5922     .                                 .
5924     ' fib(6)+fib(x)+fib(0) @key{RET}        a r fib @key{RET}
5925 @end group
5926 @end smallexample
5928 @noindent
5929 We've created a new function, @code{fib}, and a new command,
5930 @w{@kbd{a r fib @key{RET}}}, which means ``evaluate all @code{fib} calls in
5931 this formula.''  To make things easier still, we can tell Calc to
5932 apply these rules automatically by storing them in the special
5933 variable @code{EvalRules}.
5935 @smallexample
5936 @group
5937 1:  [fib(1) := ...]    .                1:  [8, 13]
5938     .                                       .
5940     s r fib @key{RET}        s t EvalRules @key{RET}    ' [fib(6), fib(7)] @key{RET}
5941 @end group
5942 @end smallexample
5944 It turns out that this rule set has the problem that it does far
5945 more work than it needs to when @samp{n} is large.  Consider the
5946 first few steps of the computation of @samp{fib(6)}:
5948 @smallexample
5949 @group
5950 fib(6) =
5951 fib(5)              +               fib(4) =
5952 fib(4)     +      fib(3)     +      fib(3)     +      fib(2) =
5953 fib(3) + fib(2) + fib(2) + fib(1) + fib(2) + fib(1) + 1 = ...
5954 @end group
5955 @end smallexample
5957 @noindent
5958 Note that @samp{fib(3)} appears three times here.  Unless Calc's
5959 algebraic simplifier notices the multiple @samp{fib(3)}s and combines
5960 them (and, as it happens, it doesn't), this rule set does lots of
5961 needless recomputation.  To cure the problem, type @code{s e EvalRules}
5962 to edit the rules (or just @kbd{s E}, a shorthand command for editing
5963 @code{EvalRules}) and add another condition:
5965 @smallexample
5966 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2 :: remember
5967 @end smallexample
5969 @noindent
5970 If a @samp{:: remember} condition appears anywhere in a rule, then if
5971 that rule succeeds Calc will add another rule that describes that match
5972 to the front of the rule set.  (Remembering works in any rule set, but
5973 for technical reasons it is most effective in @code{EvalRules}.)  For
5974 example, if the rule rewrites @samp{fib(7)} to something that evaluates
5975 to 13, then the rule @samp{fib(7) := 13} will be added to the rule set.
5977 Type @kbd{' fib(8) @key{RET}} to compute the eighth Fibonacci number, then
5978 type @kbd{s E} again to see what has happened to the rule set.
5980 With the @code{remember} feature, our rule set can now compute
5981 @samp{fib(@var{n})} in just @var{n} steps.  In the process it builds
5982 up a table of all Fibonacci numbers up to @var{n}.  After we have
5983 computed the result for a particular @var{n}, we can get it back
5984 (and the results for all smaller @var{n}) later in just one step.
5986 All Calc operations will run somewhat slower whenever @code{EvalRules}
5987 contains any rules.  You should type @kbd{s u EvalRules @key{RET}} now to
5988 un-store the variable.
5990 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Sometimes it is possible to reformulate
5991 a problem to reduce the amount of recursion necessary to solve it.
5992 Create a rule that, in about @var{n} simple steps and without recourse
5993 to the @code{remember} option, replaces @samp{fib(@var{n}, 1, 1)} with
5994 @samp{fib(1, @var{x}, @var{y})} where @var{x} and @var{y} are the
5995 @var{n}th and @var{n+1}st Fibonacci numbers, respectively.  This rule is
5996 rather clunky to use, so add a couple more rules to make the ``user
5997 interface'' the same as for our first version: enter @samp{fib(@var{n})},
5998 get back a plain number.  @xref{Rewrites Answer 2, 2}. (@bullet{})
6000 There are many more things that rewrites can do.  For example, there
6001 are @samp{&&&} and @samp{|||} pattern operators that create ``and''
6002 and ``or'' combinations of rules.  As one really simple example, we
6003 could combine our first two Fibonacci rules thusly:
6005 @example
6006 [fib(1 ||| 2) := 1, fib(n) := ... ]
6007 @end example
6009 @noindent
6010 That means ``@code{fib} of something matching either 1 or 2 rewrites
6011 to 1.''
6013 You can also make meta-variables optional by enclosing them in @code{opt}.
6014 For example, the pattern @samp{a + b x} matches @samp{2 + 3 x} but not
6015 @samp{2 + x} or @samp{3 x} or @samp{x}.  The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x}
6016 matches all of these forms, filling in a default of zero for @samp{a}
6017 and one for @samp{b}.
6019 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe had @samp{2 + 3 x}
6020 on the stack and tried to use the rule
6021 @samp{opt(a) + opt(b) x := f(a, b, x)}.  What happened?
6022 @xref{Rewrites Answer 3, 3}. (@bullet{})
6024 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Starting with a positive integer @expr{a},
6025 divide @expr{a} by two if it is even, otherwise compute @expr{3 a + 1}.
6026 Now repeat this step over and over.  A famous unproved conjecture
6027 is that for any starting @expr{a}, the sequence always eventually
6028 reaches 1.  Given the formula @samp{seq(@var{a}, 0)}, write a set of
6029 rules that convert this into @samp{seq(1, @var{n})} where @var{n}
6030 is the number of steps it took the sequence to reach the value 1.
6031 Now enhance the rules to accept @samp{seq(@var{a})} as a starting
6032 configuration, and to stop with just the number @var{n} by itself.
6033 Now make the result be a vector of values in the sequence, from @var{a}
6034 to 1.  (The formula @samp{@var{x}|@var{y}} appends the vectors @var{x}
6035 and @var{y}.)  For example, rewriting @samp{seq(6)} should yield the
6036 vector @expr{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
6037 @xref{Rewrites Answer 4, 4}. (@bullet{})
6039 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  Define, using rewrite rules, a function
6040 @samp{nterms(@var{x})} that returns the number of terms in the sum
6041 @var{x}, or 1 if @var{x} is not a sum.  (A @dfn{sum} for our purposes
6042 is one or more non-sum terms separated by @samp{+} or @samp{-} signs,
6043 so that @expr{2 - 3 (x + y) + x y} is a sum of three terms.)
6044 @xref{Rewrites Answer 5, 5}. (@bullet{})
6046 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  A Taylor series for a function is an
6047 infinite series that exactly equals the value of that function at
6048 values of @expr{x} near zero.
6050 @ifinfo
6051 @example
6052 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + x^4 / 4! - x^6 / 6! + ...
6053 @end example
6054 @end ifinfo
6055 @tex
6056 \turnoffactive
6057 \beforedisplay
6058 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + {x^4 \over 4!} - {x^6 \over 6!} + \cdots $$
6059 \afterdisplay
6060 @end tex
6062 The @kbd{a t} command produces a @dfn{truncated Taylor series} which
6063 is obtained by dropping all the terms higher than, say, @expr{x^2}.
6064 Calc represents the truncated Taylor series as a polynomial in @expr{x}.
6065 Mathematicians often write a truncated series using a ``big-O'' notation
6066 that records what was the lowest term that was truncated.
6068 @ifinfo
6069 @example
6070 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + O(x^3)
6071 @end example
6072 @end ifinfo
6073 @tex
6074 \turnoffactive
6075 \beforedisplay
6076 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + O(x^3) $$
6077 \afterdisplay
6078 @end tex
6080 @noindent
6081 The meaning of @expr{O(x^3)} is ``a quantity which is negligibly small
6082 if @expr{x^3} is considered negligibly small as @expr{x} goes to zero.''
6084 The exercise is to create rewrite rules that simplify sums and products of
6085 power series represented as @samp{@var{polynomial} + O(@var{var}^@var{n})}.
6086 For example, given @samp{1 - x^2 / 2 + O(x^3)} and @samp{x - x^3 / 6 + O(x^4)}
6087 on the stack, we want to be able to type @kbd{*} and get the result
6088 @samp{x - 2:3 x^3 + O(x^4)}.  Don't worry if the terms of the sum are
6089 rearranged or if @kbd{a s} needs to be typed after rewriting.  (This one
6090 is rather tricky; the solution at the end of this chapter uses 6 rewrite
6091 rules.  Hint:  The @samp{constant(x)} condition tests whether @samp{x} is
6092 a number.)  @xref{Rewrites Answer 6, 6}. (@bullet{})
6094 Just for kicks, try adding the rule @code{2+3 := 6} to @code{EvalRules}.
6095 What happens?  (Be sure to remove this rule afterward, or you might get
6096 a nasty surprise when you use Calc to balance your checkbook!)
6098 @xref{Rewrite Rules}, for the whole story on rewrite rules.
6100 @node Programming Tutorial, Answers to Exercises, Algebra Tutorial, Tutorial
6101 @section Programming Tutorial
6103 @noindent
6104 The Calculator is written entirely in Emacs Lisp, a highly extensible
6105 language.  If you know Lisp, you can program the Calculator to do
6106 anything you like.  Rewrite rules also work as a powerful programming
6107 system.  But Lisp and rewrite rules take a while to master, and often
6108 all you want to do is define a new function or repeat a command a few
6109 times.  Calc has features that allow you to do these things easily.
6111 One very limited form of programming is defining your own functions.
6112 Calc's @kbd{Z F} command allows you to define a function name and
6113 key sequence to correspond to any formula.  Programming commands use
6114 the shift-@kbd{Z} prefix; the user commands they create use the lower
6115 case @kbd{z} prefix.
6117 @smallexample
6118 @group
6119 1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6         1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6
6120     .                                     .
6122     ' 1 + x + x^2/2! + x^3/3! @key{RET}         Z F e myexp @key{RET} @key{RET} @key{RET} y
6123 @end group
6124 @end smallexample
6126 This polynomial is a Taylor series approximation to @samp{exp(x)}.
6127 The @kbd{Z F} command asks a number of questions.  The above answers
6128 say that the key sequence for our function should be @kbd{z e}; the
6129 @kbd{M-x} equivalent should be @code{calc-myexp}; the name of the
6130 function in algebraic formulas should also be @code{myexp}; the
6131 default argument list @samp{(x)} is acceptable; and finally @kbd{y}
6132 answers the question ``leave it in symbolic form for non-constant
6133 arguments?''
6135 @smallexample
6136 @group
6137 1:  1.3495     2:  1.3495     3:  1.3495
6138     .          1:  1.34986    2:  1.34986
6139                    .          1:  myexp(a + 1)
6140                                   .
6142     .3 z e         .3 E           ' a+1 @key{RET} z e
6143 @end group
6144 @end smallexample
6146 @noindent
6147 First we call our new @code{exp} approximation with 0.3 as an
6148 argument, and compare it with the true @code{exp} function.  Then
6149 we note that, as requested, if we try to give @kbd{z e} an
6150 argument that isn't a plain number, it leaves the @code{myexp}
6151 function call in symbolic form.  If we had answered @kbd{n} to the
6152 final question, @samp{myexp(a + 1)} would have evaluated by plugging
6153 in @samp{a + 1} for @samp{x} in the defining formula.
6155 @cindex Sine integral Si(x)
6156 @ignore
6157 @starindex
6158 @end ignore
6159 @tindex Si
6160 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The ``sine integral'' function
6161 @texline @math{{\rm Si}(x)}
6162 @infoline @expr{Si(x)} 
6163 is defined as the integral of @samp{sin(t)/t} for
6164 @expr{t = 0} to @expr{x} in radians.  (It was invented because this
6165 integral has no solution in terms of basic functions; if you give it
6166 to Calc's @kbd{a i} command, it will ponder it for a long time and then
6167 give up.)  We can use the numerical integration command, however,
6168 which in algebraic notation is written like @samp{ninteg(f(t), t, 0, x)}
6169 with any integrand @samp{f(t)}.  Define a @kbd{z s} command and
6170 @code{Si} function that implement this.  You will need to edit the
6171 default argument list a bit.  As a test, @samp{Si(1)} should return
6172 0.946083. (If you don't get this answer, you might want to check that
6173 Calc is in Radians mode.  Also, @code{ninteg} will run a lot faster if
6174 you reduce the precision to, say, six digits beforehand.)
6175 @xref{Programming Answer 1, 1}. (@bullet{})
6177 The simplest way to do real ``programming'' of Emacs is to define a
6178 @dfn{keyboard macro}.  A keyboard macro is simply a sequence of
6179 keystrokes which Emacs has stored away and can play back on demand.
6180 For example, if you find yourself typing @kbd{H a S x @key{RET}} often,
6181 you may wish to program a keyboard macro to type this for you.
6183 @smallexample
6184 @group
6185 1:  y = sqrt(x)          1:  x = y^2
6186     .                        .
6188     ' y=sqrt(x) @key{RET}       C-x ( H a S x @key{RET} C-x )
6190 1:  y = cos(x)           1:  x = s1 arccos(y) + 2 pi n1
6191     .                        .
6193     ' y=cos(x) @key{RET}           X
6194 @end group
6195 @end smallexample
6197 @noindent
6198 When you type @kbd{C-x (}, Emacs begins recording.  But it is also
6199 still ready to execute your keystrokes, so you're really ``training''
6200 Emacs by walking it through the procedure once.  When you type
6201 @w{@kbd{C-x )}}, the macro is recorded.  You can now type @kbd{X} to
6202 re-execute the same keystrokes.
6204 You can give a name to your macro by typing @kbd{Z K}.
6206 @smallexample
6207 @group
6208 1:  .              1:  y = x^4         1:  x = s2 sqrt(s1 sqrt(y))
6209                        .                   .
6211   Z K x @key{RET}            ' y=x^4 @key{RET}         z x
6212 @end group
6213 @end smallexample
6215 @noindent
6216 Notice that we use shift-@kbd{Z} to define the command, and lower-case
6217 @kbd{z} to call it up.
6219 Keyboard macros can call other macros.
6221 @smallexample
6222 @group
6223 1:  abs(x)        1:  x = s1 y                1:  2 / x    1:  x = 2 / y
6224     .                 .                           .            .
6226  ' abs(x) @key{RET}   C-x ( ' y @key{RET} a = z x C-x )    ' 2/x @key{RET}       X
6227 @end group
6228 @end smallexample
6230 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Define a keyboard macro to negate
6231 the item in level 3 of the stack, without disturbing the rest of
6232 the stack.  @xref{Programming Answer 2, 2}. (@bullet{})
6234 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Define keyboard macros to compute
6235 the following functions:
6237 @enumerate
6238 @item
6239 Compute 
6240 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}},
6241 @infoline @expr{sin(x) / x}, 
6242 where @expr{x} is the number on the top of the stack.
6244 @item
6245 Compute the base-@expr{b} logarithm, just like the @kbd{B} key except
6246 the arguments are taken in the opposite order.
6248 @item
6249 Produce a vector of integers from 1 to the integer on the top of
6250 the stack.
6251 @end enumerate
6252 @noindent
6253 @xref{Programming Answer 3, 3}. (@bullet{})
6255 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Define a keyboard macro to compute
6256 the average (mean) value of a list of numbers.
6257 @xref{Programming Answer 4, 4}. (@bullet{})
6259 In many programs, some of the steps must execute several times.
6260 Calc has @dfn{looping} commands that allow this.  Loops are useful
6261 inside keyboard macros, but actually work at any time.
6263 @smallexample
6264 @group
6265 1:  x^6          2:  x^6        1: 360 x^2
6266     .            1:  4             .
6267                      .
6269   ' x^6 @key{RET}          4         Z < a d x @key{RET} Z >
6270 @end group
6271 @end smallexample
6273 @noindent
6274 Here we have computed the fourth derivative of @expr{x^6} by
6275 enclosing a derivative command in a ``repeat loop'' structure.
6276 This structure pops a repeat count from the stack, then
6277 executes the body of the loop that many times.
6279 If you make a mistake while entering the body of the loop,
6280 type @w{@kbd{Z C-g}} to cancel the loop command.
6282 @cindex Fibonacci numbers
6283 Here's another example:
6285 @smallexample
6286 @group
6287 3:  1               2:  10946
6288 2:  1               1:  17711
6289 1:  20                  .
6290     .
6292 1 @key{RET} @key{RET} 20       Z < @key{TAB} C-j + Z >
6293 @end group
6294 @end smallexample
6296 @noindent
6297 The numbers in levels 2 and 1 should be the 21st and 22nd Fibonacci
6298 numbers, respectively.  (To see what's going on, try a few repetitions
6299 of the loop body by hand; @kbd{C-j}, also on the Line-Feed or @key{LFD}
6300 key if you have one, makes a copy of the number in level 2.)
6302 @cindex Golden ratio
6303 @cindex Phi, golden ratio
6304 A fascinating property of the Fibonacci numbers is that the @expr{n}th
6305 Fibonacci number can be found directly by computing 
6306 @texline @math{\phi^n / \sqrt{5}}
6307 @infoline @expr{phi^n / sqrt(5)}
6308 and then rounding to the nearest integer, where 
6309 @texline @math{\phi} (``phi''),
6310 @infoline @expr{phi}, 
6311 the ``golden ratio,'' is 
6312 @texline @math{(1 + \sqrt{5}) / 2}.
6313 @infoline @expr{(1 + sqrt(5)) / 2}. 
6314 (For convenience, this constant is available from the @code{phi}
6315 variable, or the @kbd{I H P} command.)
6317 @smallexample
6318 @group
6319 1:  1.61803         1:  24476.0000409    1:  10945.9999817    1:  10946
6320     .                   .                    .                    .
6322     I H P               21 ^                 5 Q /                R
6323 @end group
6324 @end smallexample
6326 @cindex Continued fractions
6327 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @dfn{continued fraction}
6328 representation of 
6329 @texline @math{\phi}
6330 @infoline @expr{phi} 
6331 is 
6332 @texline @math{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( \ldots )))}.
6333 @infoline @expr{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( ...@: )))}.
6334 We can compute an approximate value by carrying this however far
6335 and then replacing the innermost 
6336 @texline @math{1/( \ldots )}
6337 @infoline @expr{1/( ...@: )} 
6338 by 1.  Approximate
6339 @texline @math{\phi}
6340 @infoline @expr{phi} 
6341 using a twenty-term continued fraction.
6342 @xref{Programming Answer 5, 5}. (@bullet{})
6344 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Linear recurrences like the one for
6345 Fibonacci numbers can be expressed in terms of matrices.  Given a
6346 vector @w{@expr{[a, b]}} determine a matrix which, when multiplied by this
6347 vector, produces the vector @expr{[b, c]}, where @expr{a}, @expr{b} and
6348 @expr{c} are three successive Fibonacci numbers.  Now write a program
6349 that, given an integer @expr{n}, computes the @expr{n}th Fibonacci number
6350 using matrix arithmetic.  @xref{Programming Answer 6, 6}. (@bullet{})
6352 @cindex Harmonic numbers
6353 A more sophisticated kind of loop is the @dfn{for} loop.  Suppose
6354 we wish to compute the 20th ``harmonic'' number, which is equal to
6355 the sum of the reciprocals of the integers from 1 to 20.
6357 @smallexample
6358 @group
6359 3:  0               1:  3.597739
6360 2:  1                   .
6361 1:  20
6362     .
6364 0 @key{RET} 1 @key{RET} 20         Z ( & + 1 Z )
6365 @end group
6366 @end smallexample
6368 @noindent
6369 The ``for'' loop pops two numbers, the lower and upper limits, then
6370 repeats the body of the loop as an internal counter increases from
6371 the lower limit to the upper one.  Just before executing the loop
6372 body, it pushes the current loop counter.  When the loop body
6373 finishes, it pops the ``step,'' i.e., the amount by which to
6374 increment the loop counter.  As you can see, our loop always
6375 uses a step of one.
6377 This harmonic number function uses the stack to hold the running
6378 total as well as for the various loop housekeeping functions.  If
6379 you find this disorienting, you can sum in a variable instead:
6381 @smallexample
6382 @group
6383 1:  0         2:  1                  .            1:  3.597739
6384     .         1:  20                                  .
6385                   .
6387     0 t 7       1 @key{RET} 20      Z ( & s + 7 1 Z )       r 7
6388 @end group
6389 @end smallexample
6391 @noindent
6392 The @kbd{s +} command adds the top-of-stack into the value in a
6393 variable (and removes that value from the stack).
6395 It's worth noting that many jobs that call for a ``for'' loop can
6396 also be done more easily by Calc's high-level operations.  Two
6397 other ways to compute harmonic numbers are to use vector mapping
6398 and reduction (@kbd{v x 20}, then @w{@kbd{V M &}}, then @kbd{V R +}),
6399 or to use the summation command @kbd{a +}.  Both of these are
6400 probably easier than using loops.  However, there are some
6401 situations where loops really are the way to go:
6403 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Use a ``for'' loop to find the first
6404 harmonic number which is greater than 4.0.
6405 @xref{Programming Answer 7, 7}. (@bullet{})
6407 Of course, if we're going to be using variables in our programs,
6408 we have to worry about the programs clobbering values that the
6409 caller was keeping in those same variables.  This is easy to
6410 fix, though:
6412 @smallexample
6413 @group
6414     .        1:  0.6667       1:  0.6667     3:  0.6667
6415                  .                .          2:  3.597739
6416                                              1:  0.6667
6417                                                  .
6419    Z `    p 4 @key{RET} 2 @key{RET} 3 /   s 7 s s a @key{RET}    Z '  r 7 s r a @key{RET}
6420 @end group
6421 @end smallexample
6423 @noindent
6424 When we type @kbd{Z `} (that's a back-quote character), Calc saves
6425 its mode settings and the contents of the ten ``quick variables''
6426 for later reference.  When we type @kbd{Z '} (that's an apostrophe
6427 now), Calc restores those saved values.  Thus the @kbd{p 4} and
6428 @kbd{s 7} commands have no effect outside this sequence.  Wrapping
6429 this around the body of a keyboard macro ensures that it doesn't
6430 interfere with what the user of the macro was doing.  Notice that
6431 the contents of the stack, and the values of named variables,
6432 survive past the @kbd{Z '} command.
6434 @cindex Bernoulli numbers, approximate
6435 The @dfn{Bernoulli numbers} are a sequence with the interesting
6436 property that all of the odd Bernoulli numbers are zero, and the
6437 even ones, while difficult to compute, can be roughly approximated
6438 by the formula 
6439 @texline @math{\displaystyle{2 n! \over (2 \pi)^n}}.
6440 @infoline @expr{2 n!@: / (2 pi)^n}.  
6441 Let's write a keyboard macro to compute (approximate) Bernoulli numbers.
6442 (Calc has a command, @kbd{k b}, to compute exact Bernoulli numbers, but
6443 this command is very slow for large @expr{n} since the higher Bernoulli
6444 numbers are very large fractions.)
6446 @smallexample
6447 @group
6448 1:  10               1:  0.0756823
6449     .                    .
6451     10     C-x ( @key{RET} 2 % Z [ @key{DEL} 0 Z : ' 2 $! / (2 pi)^$ @key{RET} = Z ] C-x )
6452 @end group
6453 @end smallexample
6455 @noindent
6456 You can read @kbd{Z [} as ``then,'' @kbd{Z :} as ``else,'' and
6457 @kbd{Z ]} as ``end-if.''  There is no need for an explicit ``if''
6458 command.  For the purposes of @w{@kbd{Z [}}, the condition is ``true''
6459 if the value it pops from the stack is a nonzero number, or ``false''
6460 if it pops zero or something that is not a number (like a formula).
6461 Here we take our integer argument modulo 2; this will be nonzero
6462 if we're asking for an odd Bernoulli number.
6464 The actual tenth Bernoulli number is @expr{5/66}.
6466 @smallexample
6467 @group
6468 3:  0.0756823    1:  0          1:  0.25305    1:  0          1:  1.16659
6469 2:  5:66             .              .              .              .
6470 1:  0.0757575
6471     .
6473 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
6474 @end group
6475 @end smallexample
6477 Just to exercise loops a bit more, let's compute a table of even
6478 Bernoulli numbers.
6480 @smallexample
6481 @group
6482 3:  []             1:  [0.10132, 0.03079, 0.02340, 0.033197, ...]
6483 2:  2                  .
6484 1:  30
6485     .
6487  [ ] 2 @key{RET} 30          Z ( X | 2 Z )
6488 @end group
6489 @end smallexample
6491 @noindent
6492 The vertical-bar @kbd{|} is the vector-concatenation command.  When
6493 we execute it, the list we are building will be in stack level 2
6494 (initially this is an empty list), and the next Bernoulli number
6495 will be in level 1.  The effect is to append the Bernoulli number
6496 onto the end of the list.  (To create a table of exact fractional
6497 Bernoulli numbers, just replace @kbd{X} with @kbd{k b} in the above
6498 sequence of keystrokes.)
6500 With loops and conditionals, you can program essentially anything
6501 in Calc.  One other command that makes looping easier is @kbd{Z /},
6502 which takes a condition from the stack and breaks out of the enclosing
6503 loop if the condition is true (non-zero).  You can use this to make
6504 ``while'' and ``until'' style loops.
6506 If you make a mistake when entering a keyboard macro, you can edit
6507 it using @kbd{Z E}.  First, you must attach it to a key with @kbd{Z K}.
6508 One technique is to enter a throwaway dummy definition for the macro,
6509 then enter the real one in the edit command.
6511 @smallexample
6512 @group
6513 1:  3                   1:  3           Calc Macro Edit Mode.
6514     .                       .           Original keys: 1 <return> 2 +
6516                                         1                          ;; calc digits
6517                                         RET                        ;; calc-enter
6518                                         2                          ;; calc digits
6519                                         +                          ;; calc-plus
6521 C-x ( 1 @key{RET} 2 + C-x )    Z K h @key{RET}      Z E h
6522 @end group
6523 @end smallexample
6525 @noindent
6526 A keyboard macro is stored as a pure keystroke sequence.  The
6527 @file{edmacro} package (invoked by @kbd{Z E}) scans along the
6528 macro and tries to decode it back into human-readable steps.
6529 Descriptions of the keystrokes are given as comments, which begin with
6530 @samp{;;}, and which are ignored when the edited macro is saved.
6531 Spaces and line breaks are also ignored when the edited macro is saved.
6532 To enter a space into the macro, type @code{SPC}.  All the special
6533 characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC}, @code{DEL},
6534 and @code{NUL} must be written in all uppercase, as must the prefixes
6535 @code{C-} and @code{M-}.
6537 Let's edit in a new definition, for computing harmonic numbers.
6538 First, erase the four lines of the old definition.  Then, type
6539 in the new definition (or use Emacs @kbd{M-w} and @kbd{C-y} commands
6540 to copy it from this page of the Info file; you can of course skip
6541 typing the comments, which begin with @samp{;;}).
6543 @smallexample
6544 Z`                      ;; calc-kbd-push     (Save local values)
6545 0                       ;; calc digits       (Push a zero onto the stack)
6546 st                      ;; calc-store-into   (Store it in the following variable)
6547 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6548 1                       ;; calc digits       (Initial value for the loop) 
6549 TAB                     ;; calc-roll-down    (Swap initial and final)
6550 Z(                      ;; calc-kbd-for      (Begin the "for" loop)
6551 &                       ;; calc-inv          (Take the reciprocal)
6552 s+                      ;; calc-store-plus   (Add to the following variable)
6553 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6554 1                       ;; calc digits       (The loop step is 1)
6555 Z)                      ;; calc-kbd-end-for  (End the "for" loop)
6556 sr                      ;; calc-recall       (Recall the final accumulated value)
6557 1                       ;; calc quick variable (Quick variable q1)
6558 Z'                      ;; calc-kbd-pop      (Restore values)
6559 @end smallexample
6561 @noindent
6562 Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and return to the Calculator.
6564 @smallexample
6565 @group
6566 1:  20         1:  3.597739
6567     .              .
6569     20             z h
6570 @end group
6571 @end smallexample
6573 The @file{edmacro} package defines a handy @code{read-kbd-macro} command
6574 which reads the current region of the current buffer as a sequence of
6575 keystroke names, and defines that sequence on the @kbd{X} 
6576 (and @kbd{C-x e}) key.  Because this is so useful, Calc puts this
6577 command on the @kbd{C-x * m} key.  Try reading in this macro in the
6578 following form:  Press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}}) at 
6579 one end of the text below, then type @kbd{C-x * m} at the other.
6581 @example
6582 @group
6583 Z ` 0 t 1
6584     1 TAB
6585     Z (  & s + 1  1 Z )
6586     r 1
6587 Z '
6588 @end group
6589 @end example
6591 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  A general algorithm for solving
6592 equations numerically is @dfn{Newton's Method}.  Given the equation
6593 @expr{f(x) = 0} for any function @expr{f}, and an initial guess
6594 @expr{x_0} which is reasonably close to the desired solution, apply
6595 this formula over and over:
6597 @ifinfo
6598 @example
6599 new_x = x - f(x)/f'(x)
6600 @end example
6601 @end ifinfo
6602 @tex
6603 \beforedisplay
6604 $$ x_{\rm new} = x - {f(x) \over f'(x)} $$
6605 \afterdisplay
6606 @end tex
6608 @noindent
6609 where @expr{f'(x)} is the derivative of @expr{f}.  The @expr{x}
6610 values will quickly converge to a solution, i.e., eventually
6611 @texline @math{x_{\rm new}}
6612 @infoline @expr{new_x} 
6613 and @expr{x} will be equal to within the limits
6614 of the current precision.  Write a program which takes a formula
6615 involving the variable @expr{x}, and an initial guess @expr{x_0},
6616 on the stack, and produces a value of @expr{x} for which the formula
6617 is zero.  Use it to find a solution of 
6618 @texline @math{\sin(\cos x) = 0.5}
6619 @infoline @expr{sin(cos(x)) = 0.5}
6620 near @expr{x = 4.5}.  (Use angles measured in radians.)  Note that
6621 the built-in @w{@kbd{a R}} (@code{calc-find-root}) command uses Newton's
6622 method when it is able.  @xref{Programming Answer 8, 8}. (@bullet{})
6624 @cindex Digamma function
6625 @cindex Gamma constant, Euler's
6626 @cindex Euler's gamma constant
6627 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  The @dfn{digamma} function 
6628 @texline @math{\psi(z) (``psi'')}
6629 @infoline @expr{psi(z)}
6630 is defined as the derivative of 
6631 @texline @math{\ln \Gamma(z)}.
6632 @infoline @expr{ln(gamma(z))}.  
6633 For large values of @expr{z}, it can be approximated by the infinite sum
6635 @ifinfo
6636 @example
6637 psi(z) ~= ln(z) - 1/2z - sum(bern(2 n) / 2 n z^(2 n), n, 1, inf)
6638 @end example
6639 @end ifinfo
6640 @tex
6641 \beforedisplay
6642 $$ \psi(z) \approx \ln z - {1\over2z} -
6643    \sum_{n=1}^\infty {\code{bern}(2 n) \over 2 n z^{2n}}
6645 \afterdisplay
6646 @end tex
6648 @noindent
6649 where 
6650 @texline @math{\sum}
6651 @infoline @expr{sum} 
6652 represents the sum over @expr{n} from 1 to infinity
6653 (or to some limit high enough to give the desired accuracy), and
6654 the @code{bern} function produces (exact) Bernoulli numbers.
6655 While this sum is not guaranteed to converge, in practice it is safe.
6656 An interesting mathematical constant is Euler's gamma, which is equal
6657 to about 0.5772.  One way to compute it is by the formula,
6658 @texline @math{\gamma = -\psi(1)}.
6659 @infoline @expr{gamma = -psi(1)}.  
6660 Unfortunately, 1 isn't a large enough argument
6661 for the above formula to work (5 is a much safer value for @expr{z}).
6662 Fortunately, we can compute 
6663 @texline @math{\psi(1)}
6664 @infoline @expr{psi(1)} 
6665 from 
6666 @texline @math{\psi(5)}
6667 @infoline @expr{psi(5)} 
6668 using the recurrence 
6669 @texline @math{\psi(z+1) = \psi(z) + {1 \over z}}.
6670 @infoline @expr{psi(z+1) = psi(z) + 1/z}.  
6671 Your task:  Develop a program to compute 
6672 @texline @math{\psi(z)};
6673 @infoline @expr{psi(z)}; 
6674 it should ``pump up'' @expr{z}
6675 if necessary to be greater than 5, then use the above summation
6676 formula.  Use looping commands to compute the sum.  Use your function
6677 to compute 
6678 @texline @math{\gamma}
6679 @infoline @expr{gamma} 
6680 to twelve decimal places.  (Calc has a built-in command
6681 for Euler's constant, @kbd{I P}, which you can use to check your answer.)
6682 @xref{Programming Answer 9, 9}. (@bullet{})
6684 @cindex Polynomial, list of coefficients
6685 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Given a polynomial in @expr{x} and
6686 a number @expr{m} on the stack, where the polynomial is of degree
6687 @expr{m} or less (i.e., does not have any terms higher than @expr{x^m}),
6688 write a program to convert the polynomial into a list-of-coefficients
6689 notation.  For example, @expr{5 x^4 + (x + 1)^2} with @expr{m = 6}
6690 should produce the list @expr{[1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]}.  Also develop
6691 a way to convert from this form back to the standard algebraic form.
6692 @xref{Programming Answer 10, 10}. (@bullet{})
6694 @cindex Recursion
6695 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The @dfn{Stirling numbers of the
6696 first kind} are defined by the recurrences,
6698 @ifinfo
6699 @example
6700 s(n,n) = 1   for n >= 0,
6701 s(n,0) = 0   for n > 0,
6702 s(n+1,m) = s(n,m-1) - n s(n,m)   for n >= m >= 1.
6703 @end example
6704 @end ifinfo
6705 @tex
6706 \turnoffactive
6707 \beforedisplay
6708 $$ \eqalign{ s(n,n)   &= 1 \qquad \hbox{for } n \ge 0,  \cr
6709              s(n,0)   &= 0 \qquad \hbox{for } n > 0, \cr
6710              s(n+1,m) &= s(n,m-1) - n \, s(n,m) \qquad
6711                           \hbox{for } n \ge m \ge 1.}
6713 \afterdisplay
6714 \vskip5pt
6715 (These numbers are also sometimes written $\displaystyle{n \brack m}$.)
6716 @end tex
6718 This can be implemented using a @dfn{recursive} program in Calc; the
6719 program must invoke itself in order to calculate the two righthand
6720 terms in the general formula.  Since it always invokes itself with
6721 ``simpler'' arguments, it's easy to see that it must eventually finish
6722 the computation.  Recursion is a little difficult with Emacs keyboard
6723 macros since the macro is executed before its definition is complete.
6724 So here's the recommended strategy:  Create a ``dummy macro'' and assign
6725 it to a key with, e.g., @kbd{Z K s}.  Now enter the true definition,
6726 using the @kbd{z s} command to call itself recursively, then assign it
6727 to the same key with @kbd{Z K s}.  Now the @kbd{z s} command will run
6728 the complete recursive program.  (Another way is to use @w{@kbd{Z E}}
6729 or @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the whole macro at once,
6730 thus avoiding the ``training'' phase.)  The task:  Write a program
6731 that computes Stirling numbers of the first kind, given @expr{n} and
6732 @expr{m} on the stack.  Test it with @emph{small} inputs like
6733 @expr{s(4,2)}.  (There is a built-in command for Stirling numbers,
6734 @kbd{k s}, which you can use to check your answers.)
6735 @xref{Programming Answer 11, 11}. (@bullet{})
6737 The programming commands we've seen in this part of the tutorial
6738 are low-level, general-purpose operations.  Often you will find
6739 that a higher-level function, such as vector mapping or rewrite
6740 rules, will do the job much more easily than a detailed, step-by-step
6741 program can:
6743 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  Write another program for
6744 computing Stirling numbers of the first kind, this time using
6745 rewrite rules.  Once again, @expr{n} and @expr{m} should be taken
6746 from the stack.  @xref{Programming Answer 12, 12}. (@bullet{})
6748 @example
6750 @end example
6751 This ends the tutorial section of the Calc manual.  Now you know enough
6752 about Calc to use it effectively for many kinds of calculations.  But
6753 Calc has many features that were not even touched upon in this tutorial.
6754 @c [not-split]
6755 The rest of this manual tells the whole story.
6756 @c [when-split]
6757 @c Volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}, tells the whole story.
6759 @page
6760 @node Answers to Exercises, , Programming Tutorial, Tutorial
6761 @section Answers to Exercises
6763 @noindent
6764 This section includes answers to all the exercises in the Calc tutorial.
6766 @menu
6767 * RPN Answer 1::           1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -
6768 * RPN Answer 2::           2*4 + 7*9.5 + 5/4
6769 * RPN Answer 3::           Operating on levels 2 and 3
6770 * RPN Answer 4::           Joe's complex problems
6771 * Algebraic Answer 1::     Simulating Q command
6772 * Algebraic Answer 2::     Joe's algebraic woes
6773 * Algebraic Answer 3::     1 / 0
6774 * Modes Answer 1::         3#0.1 = 3#0.0222222?
6775 * Modes Answer 2::         16#f.e8fe15
6776 * Modes Answer 3::         Joe's rounding bug
6777 * Modes Answer 4::         Why floating point?
6778 * Arithmetic Answer 1::    Why the \ command?
6779 * Arithmetic Answer 2::    Tripping up the B command
6780 * Vector Answer 1::        Normalizing a vector
6781 * Vector Answer 2::        Average position
6782 * Matrix Answer 1::        Row and column sums
6783 * Matrix Answer 2::        Symbolic system of equations
6784 * Matrix Answer 3::        Over-determined system
6785 * List Answer 1::          Powers of two
6786 * List Answer 2::          Least-squares fit with matrices
6787 * List Answer 3::          Geometric mean
6788 * List Answer 4::          Divisor function
6789 * List Answer 5::          Duplicate factors
6790 * List Answer 6::          Triangular list
6791 * List Answer 7::          Another triangular list
6792 * List Answer 8::          Maximum of Bessel function
6793 * List Answer 9::          Integers the hard way
6794 * List Answer 10::         All elements equal
6795 * List Answer 11::         Estimating pi with darts
6796 * List Answer 12::         Estimating pi with matchsticks
6797 * List Answer 13::         Hash codes
6798 * List Answer 14::         Random walk
6799 * Types Answer 1::         Square root of pi times rational
6800 * Types Answer 2::         Infinities
6801 * Types Answer 3::         What can "nan" be?
6802 * Types Answer 4::         Abbey Road
6803 * Types Answer 5::         Friday the 13th
6804 * Types Answer 6::         Leap years
6805 * Types Answer 7::         Erroneous donut
6806 * Types Answer 8::         Dividing intervals
6807 * Types Answer 9::         Squaring intervals
6808 * Types Answer 10::        Fermat's primality test
6809 * Types Answer 11::        pi * 10^7 seconds
6810 * Types Answer 12::        Abbey Road on CD
6811 * Types Answer 13::        Not quite pi * 10^7 seconds
6812 * Types Answer 14::        Supercomputers and c
6813 * Types Answer 15::        Sam the Slug
6814 * Algebra Answer 1::       Squares and square roots
6815 * Algebra Answer 2::       Building polynomial from roots
6816 * Algebra Answer 3::       Integral of x sin(pi x)
6817 * Algebra Answer 4::       Simpson's rule
6818 * Rewrites Answer 1::      Multiplying by conjugate
6819 * Rewrites Answer 2::      Alternative fib rule
6820 * Rewrites Answer 3::      Rewriting opt(a) + opt(b) x
6821 * Rewrites Answer 4::      Sequence of integers
6822 * Rewrites Answer 5::      Number of terms in sum
6823 * Rewrites Answer 6::      Truncated Taylor series
6824 * Programming Answer 1::   Fresnel's C(x)
6825 * Programming Answer 2::   Negate third stack element
6826 * Programming Answer 3::   Compute sin(x) / x, etc.
6827 * Programming Answer 4::   Average value of a list
6828 * Programming Answer 5::   Continued fraction phi
6829 * Programming Answer 6::   Matrix Fibonacci numbers
6830 * Programming Answer 7::   Harmonic number greater than 4
6831 * Programming Answer 8::   Newton's method
6832 * Programming Answer 9::   Digamma function
6833 * Programming Answer 10::  Unpacking a polynomial
6834 * Programming Answer 11::  Recursive Stirling numbers
6835 * Programming Answer 12::  Stirling numbers with rewrites
6836 @end menu
6838 @c The following kludgery prevents the individual answers from
6839 @c being entered on the table of contents.
6840 @tex
6841 \global\let\oldwrite=\write
6842 \gdef\skipwrite#1#2{\let\write=\oldwrite}
6843 \global\let\oldchapternofonts=\chapternofonts
6844 \gdef\chapternofonts{\let\write=\skipwrite\oldchapternofonts}
6845 @end tex
6847 @node RPN Answer 1, RPN Answer 2, Answers to Exercises, Answers to Exercises
6848 @subsection RPN Tutorial Exercise 1
6850 @noindent
6851 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -}
6853 The result is 
6854 @texline @math{1 - (2 \times (3 + 4)) = -13}.
6855 @infoline @expr{1 - (2 * (3 + 4)) = -13}.
6857 @node RPN Answer 2, RPN Answer 3, RPN Answer 1, Answers to Exercises
6858 @subsection RPN Tutorial Exercise 2
6860 @noindent
6861 @texline @math{2\times4 + 7\times9.5 + {5\over4} = 75.75}
6862 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4 = 75.75}
6864 After computing the intermediate term 
6865 @texline @math{2\times4 = 8},
6866 @infoline @expr{2*4 = 8}, 
6867 you can leave that result on the stack while you compute the second
6868 term.  With both of these results waiting on the stack you can then
6869 compute the final term, then press @kbd{+ +} to add everything up.
6871 @smallexample
6872 @group
6873 2:  2          1:  8          3:  8          2:  8
6874 1:  4              .          2:  7          1:  66.5
6875     .                         1:  9.5            .
6876                                   .
6878   2 @key{RET} 4          *          7 @key{RET} 9.5          *
6880 @end group
6881 @end smallexample
6882 @noindent
6883 @smallexample
6884 @group
6885 4:  8          3:  8          2:  8          1:  75.75
6886 3:  66.5       2:  66.5       1:  67.75          .
6887 2:  5          1:  1.25           .
6888 1:  4              .
6889     .
6891   5 @key{RET} 4          /              +              +
6892 @end group
6893 @end smallexample
6895 Alternatively, you could add the first two terms before going on
6896 with the third term.
6898 @smallexample
6899 @group
6900 2:  8          1:  74.5       3:  74.5       2:  74.5       1:  75.75
6901 1:  66.5           .          2:  5          1:  1.25           .
6902     .                         1:  4              .
6903                                   .
6905    ...             +            5 @key{RET} 4          /              +
6906 @end group
6907 @end smallexample
6909 On an old-style RPN calculator this second method would have the
6910 advantage of using only three stack levels.  But since Calc's stack
6911 can grow arbitrarily large this isn't really an issue.  Which method
6912 you choose is purely a matter of taste.
6914 @node RPN Answer 3, RPN Answer 4, RPN Answer 2, Answers to Exercises
6915 @subsection RPN Tutorial Exercise 3
6917 @noindent
6918 The @key{TAB} key provides a way to operate on the number in level 2.
6920 @smallexample
6921 @group
6922 3:  10         3:  10         4:  10         3:  10         3:  10
6923 2:  20         2:  30         3:  30         2:  30         2:  21
6924 1:  30         1:  20         2:  20         1:  21         1:  30
6925     .              .          1:  1              .              .
6926                                   .
6928                   @key{TAB}             1              +             @key{TAB}
6929 @end group
6930 @end smallexample
6932 Similarly, @kbd{M-@key{TAB}} gives you access to the number in level 3.
6934 @smallexample
6935 @group
6936 3:  10         3:  21         3:  21         3:  30         3:  11
6937 2:  21         2:  30         2:  30         2:  11         2:  21
6938 1:  30         1:  10         1:  11         1:  21         1:  30
6939     .              .              .              .              .
6941                   M-@key{TAB}           1 +           M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
6942 @end group
6943 @end smallexample
6945 @node RPN Answer 4, Algebraic Answer 1, RPN Answer 3, Answers to Exercises
6946 @subsection RPN Tutorial Exercise 4
6948 @noindent
6949 Either @kbd{( 2 , 3 )} or @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )} would have worked,
6950 but using both the comma and the space at once yields:
6952 @smallexample
6953 @group
6954 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    2:  (2, ...    2:  (2, ...
6955     .          1:  2              .          1:  (2, ...    1:  (2, 3)
6956                    .                             .              .
6958     (              2              ,             @key{SPC}            3 )
6959 @end group
6960 @end smallexample
6962 Joe probably tried to type @kbd{@key{TAB} @key{DEL}} to swap the
6963 extra incomplete object to the top of the stack and delete it.
6964 But a feature of Calc is that @key{DEL} on an incomplete object
6965 deletes just one component out of that object, so he had to press
6966 @key{DEL} twice to finish the job.
6968 @smallexample
6969 @group
6970 2:  (2, ...    2:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (2, 3)
6971 1:  (2, 3)     1:  (2, ...    1:  ( ...          .
6972     .              .              .
6974                   @key{TAB}            @key{DEL}            @key{DEL}
6975 @end group
6976 @end smallexample
6978 (As it turns out, deleting the second-to-top stack entry happens often
6979 enough that Calc provides a special key, @kbd{M-@key{DEL}}, to do just that.
6980 @kbd{M-@key{DEL}} is just like @kbd{@key{TAB} @key{DEL}}, except that it doesn't exhibit
6981 the ``feature'' that tripped poor Joe.)
6983 @node Algebraic Answer 1, Algebraic Answer 2, RPN Answer 4, Answers to Exercises
6984 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 1
6986 @noindent
6987 Type @kbd{' sqrt($) @key{RET}}.
6989 If the @kbd{Q} key is broken, you could use @kbd{' $^0.5 @key{RET}}.
6990 Or, RPN style, @kbd{0.5 ^}.
6992 (Actually, @samp{$^1:2}, using the fraction one-half as the power, is
6993 a closer equivalent, since @samp{9^0.5} yields @expr{3.0} whereas
6994 @samp{sqrt(9)} and @samp{9^1:2} yield the exact integer @expr{3}.)
6996 @node Algebraic Answer 2, Algebraic Answer 3, Algebraic Answer 1, Answers to Exercises
6997 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 2
6999 @noindent
7000 In the formula @samp{2 x (1+y)}, @samp{x} was interpreted as a function
7001 name with @samp{1+y} as its argument.  Assigning a value to a variable
7002 has no relation to a function by the same name.  Joe needed to use an
7003 explicit @samp{*} symbol here:  @samp{2 x*(1+y)}.
7005 @node Algebraic Answer 3, Modes Answer 1, Algebraic Answer 2, Answers to Exercises
7006 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 3
7008 @noindent
7009 The result from @kbd{1 @key{RET} 0 /} will be the formula @expr{1 / 0}.
7010 The ``function'' @samp{/} cannot be evaluated when its second argument
7011 is zero, so it is left in symbolic form.  When you now type @kbd{0 *},
7012 the result will be zero because Calc uses the general rule that ``zero
7013 times anything is zero.''
7015 @c [fix-ref Infinities]
7016 The @kbd{m i} command enables an @dfn{Infinite mode} in which @expr{1 / 0}
7017 results in a special symbol that represents ``infinity.''  If you
7018 multiply infinity by zero, Calc uses another special new symbol to
7019 show that the answer is ``indeterminate.''  @xref{Infinities}, for
7020 further discussion of infinite and indeterminate values.
7022 @node Modes Answer 1, Modes Answer 2, Algebraic Answer 3, Answers to Exercises
7023 @subsection Modes Tutorial Exercise 1
7025 @noindent
7026 Calc always stores its numbers in decimal, so even though one-third has
7027 an exact base-3 representation (@samp{3#0.1}), it is still stored as
7028 0.3333333 (chopped off after 12 or however many decimal digits) inside
7029 the calculator's memory.  When this inexact number is converted back
7030 to base 3 for display, it may still be slightly inexact.  When we
7031 multiply this number by 3, we get 0.999999, also an inexact value.
7033 When Calc displays a number in base 3, it has to decide how many digits
7034 to show.  If the current precision is 12 (decimal) digits, that corresponds
7035 to @samp{12 / log10(3) = 25.15} base-3 digits.  Because 25.15 is not an
7036 exact integer, Calc shows only 25 digits, with the result that stored
7037 numbers carry a little bit of extra information that may not show up on
7038 the screen.  When Joe entered @samp{3#0.2}, the stored number 0.666666
7039 happened to round to a pleasing value when it lost that last 0.15 of a
7040 digit, but it was still inexact in Calc's memory.  When he divided by 2,
7041 he still got the dreaded inexact value 0.333333.  (Actually, he divided
7042 0.666667 by 2 to get 0.333334, which is why he got something a little
7043 higher than @code{3#0.1} instead of a little lower.)
7045 If Joe didn't want to be bothered with all this, he could have typed
7046 @kbd{M-24 d n} to display with one less digit than the default.  (If
7047 you give @kbd{d n} a negative argument, it uses default-minus-that,
7048 so @kbd{M-- d n} would be an easier way to get the same effect.)  Those
7049 inexact results would still be lurking there, but they would now be
7050 rounded to nice, natural-looking values for display purposes.  (Remember,
7051 @samp{0.022222} in base 3 is like @samp{0.099999} in base 10; rounding
7052 off one digit will round the number up to @samp{0.1}.)  Depending on the
7053 nature of your work, this hiding of the inexactness may be a benefit or
7054 a danger.  With the @kbd{d n} command, Calc gives you the choice.
7056 Incidentally, another consequence of all this is that if you type
7057 @kbd{M-30 d n} to display more digits than are ``really there,''
7058 you'll see garbage digits at the end of the number.  (In decimal
7059 display mode, with decimally-stored numbers, these garbage digits are
7060 always zero so they vanish and you don't notice them.)  Because Calc
7061 rounds off that 0.15 digit, there is the danger that two numbers could
7062 be slightly different internally but still look the same.  If you feel
7063 uneasy about this, set the @kbd{d n} precision to be a little higher
7064 than normal; you'll get ugly garbage digits, but you'll always be able
7065 to tell two distinct numbers apart.
7067 An interesting side note is that most computers store their
7068 floating-point numbers in binary, and convert to decimal for display.
7069 Thus everyday programs have the same problem:  Decimal 0.1 cannot be
7070 represented exactly in binary (try it: @kbd{0.1 d 2}), so @samp{0.1 * 10}
7071 comes out as an inexact approximation to 1 on some machines (though
7072 they generally arrange to hide it from you by rounding off one digit as
7073 we did above).  Because Calc works in decimal instead of binary, you can
7074 be sure that numbers that look exact @emph{are} exact as long as you stay
7075 in decimal display mode.
7077 It's not hard to show that any number that can be represented exactly
7078 in binary, octal, or hexadecimal is also exact in decimal, so the kinds
7079 of problems we saw in this exercise are likely to be severe only when
7080 you use a relatively unusual radix like 3.
7082 @node Modes Answer 2, Modes Answer 3, Modes Answer 1, Answers to Exercises
7083 @subsection Modes Tutorial Exercise 2
7085 If the radix is 15 or higher, we can't use the letter @samp{e} to mark
7086 the exponent because @samp{e} is interpreted as a digit.  When Calc
7087 needs to display scientific notation in a high radix, it writes
7088 @samp{16#F.E8F*16.^15}.  You can enter a number like this as an
7089 algebraic entry.  Also, pressing @kbd{e} without any digits before it
7090 normally types @kbd{1e}, but in a high radix it types @kbd{16.^} and
7091 puts you in algebraic entry:  @kbd{16#f.e8f @key{RET} e 15 @key{RET} *} is another
7092 way to enter this number.
7094 The reason Calc puts a decimal point in the @samp{16.^} is to prevent
7095 huge integers from being generated if the exponent is large (consider
7096 @samp{16#1.23*16^1000}, where we compute @samp{16^1000} as a giant
7097 exact integer and then throw away most of the digits when we multiply
7098 it by the floating-point @samp{16#1.23}).  While this wouldn't normally
7099 matter for display purposes, it could give you a nasty surprise if you
7100 copied that number into a file and later moved it back into Calc.
7102 @node Modes Answer 3, Modes Answer 4, Modes Answer 2, Answers to Exercises
7103 @subsection Modes Tutorial Exercise 3
7105 @noindent
7106 The answer he got was @expr{0.5000000000006399}.
7108 The problem is not that the square operation is inexact, but that the
7109 sine of 45 that was already on the stack was accurate to only 12 places.
7110 Arbitrary-precision calculations still only give answers as good as
7111 their inputs.
7113 The real problem is that there is no 12-digit number which, when
7114 squared, comes out to 0.5 exactly.  The @kbd{f [} and @kbd{f ]}
7115 commands decrease or increase a number by one unit in the last
7116 place (according to the current precision).  They are useful for
7117 determining facts like this.
7119 @smallexample
7120 @group
7121 1:  0.707106781187      1:  0.500000000001
7122     .                       .
7124     45 S                    2 ^
7126 @end group
7127 @end smallexample
7128 @noindent
7129 @smallexample
7130 @group
7131 1:  0.707106781187      1:  0.707106781186      1:  0.499999999999
7132     .                       .                       .
7134     U  @key{DEL}                  f [                     2 ^
7135 @end group
7136 @end smallexample
7138 A high-precision calculation must be carried out in high precision
7139 all the way.  The only number in the original problem which was known
7140 exactly was the quantity 45 degrees, so the precision must be raised
7141 before anything is done after the number 45 has been entered in order
7142 for the higher precision to be meaningful.
7144 @node Modes Answer 4, Arithmetic Answer 1, Modes Answer 3, Answers to Exercises
7145 @subsection Modes Tutorial Exercise 4
7147 @noindent
7148 Many calculations involve real-world quantities, like the width and
7149 height of a piece of wood or the volume of a jar.  Such quantities
7150 can't be measured exactly anyway, and if the data that is input to
7151 a calculation is inexact, doing exact arithmetic on it is a waste
7152 of time.
7154 Fractions become unwieldy after too many calculations have been
7155 done with them.  For example, the sum of the reciprocals of the
7156 integers from 1 to 10 is 7381:2520.  The sum from 1 to 30 is
7157 9304682830147:2329089562800.  After a point it will take a long
7158 time to add even one more term to this sum, but a floating-point
7159 calculation of the sum will not have this problem.
7161 Also, rational numbers cannot express the results of all calculations.
7162 There is no fractional form for the square root of two, so if you type
7163 @w{@kbd{2 Q}}, Calc has no choice but to give you a floating-point answer.
7165 @node Arithmetic Answer 1, Arithmetic Answer 2, Modes Answer 4, Answers to Exercises
7166 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 1
7168 @noindent
7169 Dividing two integers that are larger than the current precision may
7170 give a floating-point result that is inaccurate even when rounded
7171 down to an integer.  Consider @expr{123456789 / 2} when the current
7172 precision is 6 digits.  The true answer is @expr{61728394.5}, but
7173 with a precision of 6 this will be rounded to 
7174 @texline @math{12345700.0/2.0 = 61728500.0}.
7175 @infoline @expr{12345700.@: / 2.@: = 61728500.}.
7176 The result, when converted to an integer, will be off by 106.
7178 Here are two solutions:  Raise the precision enough that the
7179 floating-point round-off error is strictly to the right of the
7180 decimal point.  Or, convert to Fraction mode so that @expr{123456789 / 2}
7181 produces the exact fraction @expr{123456789:2}, which can be rounded
7182 down by the @kbd{F} command without ever switching to floating-point
7183 format.
7185 @node Arithmetic Answer 2, Vector Answer 1, Arithmetic Answer 1, Answers to Exercises
7186 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 2
7188 @noindent
7189 @kbd{27 @key{RET} 9 B} could give the exact result @expr{3:2}, but it
7190 does a floating-point calculation instead and produces @expr{1.5}.
7192 Calc will find an exact result for a logarithm if the result is an integer
7193 or (when in Fraction mode) the reciprocal of an integer.  But there is
7194 no efficient way to search the space of all possible rational numbers
7195 for an exact answer, so Calc doesn't try.
7197 @node Vector Answer 1, Vector Answer 2, Arithmetic Answer 2, Answers to Exercises
7198 @subsection Vector Tutorial Exercise 1
7200 @noindent
7201 Duplicate the vector, compute its length, then divide the vector
7202 by its length:  @kbd{@key{RET} A /}.
7204 @smallexample
7205 @group
7206 1:  [1, 2, 3]  2:  [1, 2, 3]      1:  [0.27, 0.53, 0.80]  1:  1.
7207     .          1:  3.74165738677      .                       .
7208                    .
7210     r 1            @key{RET} A              /                       A
7211 @end group
7212 @end smallexample
7214 The final @kbd{A} command shows that the normalized vector does
7215 indeed have unit length.
7217 @node Vector Answer 2, Matrix Answer 1, Vector Answer 1, Answers to Exercises
7218 @subsection Vector Tutorial Exercise 2
7220 @noindent
7221 The average position is equal to the sum of the products of the
7222 positions times their corresponding probabilities.  This is the
7223 definition of the dot product operation.  So all you need to do
7224 is to put the two vectors on the stack and press @kbd{*}.
7226 @node Matrix Answer 1, Matrix Answer 2, Vector Answer 2, Answers to Exercises
7227 @subsection Matrix Tutorial Exercise 1
7229 @noindent
7230 The trick is to multiply by a vector of ones.  Use @kbd{r 4 [1 1 1] *} to
7231 get the row sum.  Similarly, use @kbd{[1 1] r 4 *} to get the column sum.
7233 @node Matrix Answer 2, Matrix Answer 3, Matrix Answer 1, Answers to Exercises
7234 @subsection Matrix Tutorial Exercise 2
7236 @ifinfo
7237 @example
7238 @group
7239    x + a y = 6
7240    x + b y = 10
7241 @end group
7242 @end example
7243 @end ifinfo
7244 @tex
7245 \turnoffactive
7246 \beforedisplay
7247 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
7248              x &+ b y = 10}
7250 \afterdisplay
7251 @end tex
7253 Just enter the righthand side vector, then divide by the lefthand side
7254 matrix as usual.
7256 @smallexample
7257 @group
7258 1:  [6, 10]    2:  [6, 10]         1:  [6 - 4 a / (b - a), 4 / (b - a) ]
7259     .          1:  [ [ 1, a ]          .
7260                      [ 1, b ] ]
7261                    .
7263 ' [6 10] @key{RET}     ' [1 a; 1 b] @key{RET}      /
7264 @end group
7265 @end smallexample
7267 This can be made more readable using @kbd{d B} to enable Big display
7268 mode:
7270 @smallexample
7271 @group
7272           4 a     4
7273 1:  [6 - -----, -----]
7274          b - a  b - a
7275 @end group
7276 @end smallexample
7278 Type @kbd{d N} to return to Normal display mode afterwards.
7280 @node Matrix Answer 3, List Answer 1, Matrix Answer 2, Answers to Exercises
7281 @subsection Matrix Tutorial Exercise 3
7283 @noindent
7284 To solve 
7285 @texline @math{A^T A \, X = A^T B},
7286 @infoline @expr{trn(A) * A * X = trn(A) * B}, 
7287 first we compute
7288 @texline @math{A' = A^T A}
7289 @infoline @expr{A2 = trn(A) * A} 
7290 and 
7291 @texline @math{B' = A^T B};
7292 @infoline @expr{B2 = trn(A) * B}; 
7293 now, we have a system 
7294 @texline @math{A' X = B'}
7295 @infoline @expr{A2 * X = B2} 
7296 which we can solve using Calc's @samp{/} command.
7298 @ifinfo
7299 @example
7300 @group
7301     a + 2b + 3c = 6
7302    4a + 5b + 6c = 2
7303    7a + 6b      = 3
7304    2a + 4b + 6c = 11
7305 @end group
7306 @end example
7307 @end ifinfo
7308 @tex
7309 \turnoffactive
7310 \beforedisplayh
7311 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
7312 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
7313    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
7314    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
7315    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
7316   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
7317  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
7318  7a&+&6b& &  &=3 \cr
7319  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
7321 \afterdisplayh
7322 @end tex
7324 The first step is to enter the coefficient matrix.  We'll store it in
7325 quick variable number 7 for later reference.  Next, we compute the
7326 @texline @math{B'}
7327 @infoline @expr{B2} 
7328 vector.
7330 @smallexample
7331 @group
7332 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             2:  [ [ 1, 4, 7, 2 ]     1:  [57, 84, 96]
7333       [ 4, 5, 6 ]                   [ 2, 5, 6, 4 ]         .
7334       [ 7, 6, 0 ]                   [ 3, 6, 0, 6 ] ]
7335       [ 2, 4, 6 ] ]           1:  [6, 2, 3, 11]
7336     .                             .
7338 ' [1 2 3; 4 5 6; 7 6 0; 2 4 6] @key{RET}  s 7  v t  [6 2 3 11]   *
7339 @end group
7340 @end smallexample
7342 @noindent
7343 Now we compute the matrix 
7344 @texline @math{A'}
7345 @infoline @expr{A2} 
7346 and divide.
7348 @smallexample
7349 @group
7350 2:  [57, 84, 96]          1:  [-11.64, 14.08, -3.64]
7351 1:  [ [ 70, 72, 39 ]          .
7352       [ 72, 81, 60 ]
7353       [ 39, 60, 81 ] ]
7354     .
7356     r 7 v t r 7 *             /
7357 @end group
7358 @end smallexample
7360 @noindent
7361 (The actual computed answer will be slightly inexact due to
7362 round-off error.)
7364 Notice that the answers are similar to those for the 
7365 @texline @math{3\times3}
7366 @infoline 3x3
7367 system solved in the text.  That's because the fourth equation that was 
7368 added to the system is almost identical to the first one multiplied
7369 by two.  (If it were identical, we would have gotten the exact same
7370 answer since the 
7371 @texline @math{4\times3}
7372 @infoline 4x3
7373 system would be equivalent to the original 
7374 @texline @math{3\times3}
7375 @infoline 3x3
7376 system.)
7378 Since the first and fourth equations aren't quite equivalent, they
7379 can't both be satisfied at once.  Let's plug our answers back into
7380 the original system of equations to see how well they match.
7382 @smallexample
7383 @group
7384 2:  [-11.64, 14.08, -3.64]     1:  [5.6, 2., 3., 11.2]
7385 1:  [ [ 1, 2, 3 ]                  .
7386       [ 4, 5, 6 ]
7387       [ 7, 6, 0 ]
7388       [ 2, 4, 6 ] ]
7389     .
7391     r 7                            @key{TAB} *
7392 @end group
7393 @end smallexample
7395 @noindent
7396 This is reasonably close to our original @expr{B} vector,
7397 @expr{[6, 2, 3, 11]}.
7399 @node List Answer 1, List Answer 2, Matrix Answer 3, Answers to Exercises
7400 @subsection List Tutorial Exercise 1
7402 @noindent
7403 We can use @kbd{v x} to build a vector of integers.  This needs to be
7404 adjusted to get the range of integers we desire.  Mapping @samp{-}
7405 across the vector will accomplish this, although it turns out the
7406 plain @samp{-} key will work just as well.
7408 @smallexample
7409 @group
7410 2:  2                              2:  2
7411 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]    1:  [-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
7412     .                                  .
7414     2  v x 9 @key{RET}                       5 V M -   or   5 -
7415 @end group
7416 @end smallexample
7418 @noindent
7419 Now we use @kbd{V M ^} to map the exponentiation operator across the
7420 vector.
7422 @smallexample
7423 @group
7424 1:  [0.0625, 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16]
7425     .
7427     V M ^
7428 @end group
7429 @end smallexample
7431 @node List Answer 2, List Answer 3, List Answer 1, Answers to Exercises
7432 @subsection List Tutorial Exercise 2
7434 @noindent
7435 Given @expr{x} and @expr{y} vectors in quick variables 1 and 2 as before,
7436 the first job is to form the matrix that describes the problem.
7438 @ifinfo
7439 @example
7440    m*x + b*1 = y
7441 @end example
7442 @end ifinfo
7443 @tex
7444 \turnoffactive
7445 \beforedisplay
7446 $$ m \times x + b \times 1 = y $$
7447 \afterdisplay
7448 @end tex
7450 Thus we want a 
7451 @texline @math{19\times2}
7452 @infoline 19x2
7453 matrix with our @expr{x} vector as one column and
7454 ones as the other column.  So, first we build the column of ones, then
7455 we combine the two columns to form our @expr{A} matrix.
7457 @smallexample
7458 @group
7459 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]    1:  [ [ 1.34, 1 ]
7460 1:  [1, 1, 1, ...]                    [ 1.41, 1 ]
7461     .                                 [ 1.49, 1 ]
7462                                       @dots{}
7464     r 1 1 v b 19 @key{RET}                M-2 v p v t   s 3
7465 @end group
7466 @end smallexample
7468 @noindent
7469 Now we compute 
7470 @texline @math{A^T y}
7471 @infoline @expr{trn(A) * y} 
7472 and 
7473 @texline @math{A^T A}
7474 @infoline @expr{trn(A) * A} 
7475 and divide.
7477 @smallexample
7478 @group
7479 1:  [33.36554, 13.613]    2:  [33.36554, 13.613]
7480     .                     1:  [ [ 98.0003, 41.63 ]
7481                                 [  41.63,   19   ] ]
7482                               .
7484  v t r 2 *                    r 3 v t r 3 *
7485 @end group
7486 @end smallexample
7488 @noindent
7489 (Hey, those numbers look familiar!)
7491 @smallexample
7492 @group
7493 1:  [0.52141679, -0.425978]
7494     .
7496     /
7497 @end group
7498 @end smallexample
7500 Since we were solving equations of the form 
7501 @texline @math{m \times x + b \times 1 = y},
7502 @infoline @expr{m*x + b*1 = y}, 
7503 these numbers should be @expr{m} and @expr{b}, respectively.  Sure
7504 enough, they agree exactly with the result computed using @kbd{V M} and
7505 @kbd{V R}!
7507 The moral of this story:  @kbd{V M} and @kbd{V R} will probably solve
7508 your problem, but there is often an easier way using the higher-level
7509 arithmetic functions!
7511 @c [fix-ref Curve Fitting]
7512 In fact, there is a built-in @kbd{a F} command that does least-squares
7513 fits.  @xref{Curve Fitting}.
7515 @node List Answer 3, List Answer 4, List Answer 2, Answers to Exercises
7516 @subsection List Tutorial Exercise 3
7518 @noindent
7519 Move to one end of the list and press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}} or
7520 whatever) to set the mark, then move to the other end of the list
7521 and type @w{@kbd{C-x * g}}.
7523 @smallexample
7524 @group
7525 1:  [2.3, 6, 22, 15.1, 7, 15, 14, 7.5, 2.5]
7526     .
7527 @end group
7528 @end smallexample
7530 To make things interesting, let's assume we don't know at a glance
7531 how many numbers are in this list.  Then we could type:
7533 @smallexample
7534 @group
7535 2:  [2.3, 6, 22, ... ]     2:  [2.3, 6, 22, ... ]
7536 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  126356422.5
7537     .                          .
7539     @key{RET}                        V R *
7541 @end group
7542 @end smallexample
7543 @noindent
7544 @smallexample
7545 @group
7546 2:  126356422.5            2:  126356422.5     1:  7.94652913734
7547 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  9                   .
7548     .                          .
7550     @key{TAB}                        v l                 I ^
7551 @end group
7552 @end smallexample
7554 @noindent
7555 (The @kbd{I ^} command computes the @var{n}th root of a number.
7556 You could also type @kbd{& ^} to take the reciprocal of 9 and
7557 then raise the number to that power.)
7559 @node List Answer 4, List Answer 5, List Answer 3, Answers to Exercises
7560 @subsection List Tutorial Exercise 4
7562 @noindent
7563 A number @expr{j} is a divisor of @expr{n} if 
7564 @texline @math{n \mathbin{\hbox{\code{\%}}} j = 0}.
7565 @infoline @samp{n % j = 0}.  
7566 The first step is to get a vector that identifies the divisors.
7568 @smallexample
7569 @group
7570 2:  30                  2:  [0, 0, 0, 2, ...]    1:  [1, 1, 1, 0, ...]
7571 1:  [1, 2, 3, 4, ...]   1:  0                        .
7572     .                       .
7574  30 @key{RET} v x 30 @key{RET}   s 1    V M %  0                 V M a =  s 2
7575 @end group
7576 @end smallexample
7578 @noindent
7579 This vector has 1's marking divisors of 30 and 0's marking non-divisors.
7581 The zeroth divisor function is just the total number of divisors.
7582 The first divisor function is the sum of the divisors.
7584 @smallexample
7585 @group
7586 1:  8      3:  8                    2:  8                    2:  8
7587            2:  [1, 2, 3, 4, ...]    1:  [1, 2, 3, 0, ...]    1:  72
7588            1:  [1, 1, 1, 0, ...]        .                        .
7589                .
7591    V R +       r 1 r 2                  V M *                  V R +
7592 @end group
7593 @end smallexample
7595 @noindent
7596 Once again, the last two steps just compute a dot product for which
7597 a simple @kbd{*} would have worked equally well.
7599 @node List Answer 5, List Answer 6, List Answer 4, Answers to Exercises
7600 @subsection List Tutorial Exercise 5
7602 @noindent
7603 The obvious first step is to obtain the list of factors with @kbd{k f}.
7604 This list will always be in sorted order, so if there are duplicates
7605 they will be right next to each other.  A suitable method is to compare
7606 the list with a copy of itself shifted over by one.
7608 @smallexample
7609 @group
7610 1:  [3, 7, 7, 7, 19]   2:  [3, 7, 7, 7, 19]     2:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]
7611     .                  1:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]  1:  [0, 3, 7, 7, 7, 19]
7612                            .                        .
7614     19551 k f              @key{RET} 0 |                  @key{TAB} 0 @key{TAB} |
7616 @end group
7617 @end smallexample
7618 @noindent
7619 @smallexample
7620 @group
7621 1:  [0, 0, 1, 1, 0, 0]   1:  2          1:  0
7622     .                        .              .
7624     V M a =                  V R +          0 a =
7625 @end group
7626 @end smallexample
7628 @noindent
7629 Note that we have to arrange for both vectors to have the same length
7630 so that the mapping operation works; no prime factor will ever be
7631 zero, so adding zeros on the left and right is safe.  From then on
7632 the job is pretty straightforward.
7634 Incidentally, Calc provides the 
7635 @texline @dfn{M@"obius} @math{\mu}
7636 @infoline @dfn{Moebius mu} 
7637 function which is zero if and only if its argument is square-free.  It
7638 would be a much more convenient way to do the above test in practice.
7640 @node List Answer 6, List Answer 7, List Answer 5, Answers to Exercises
7641 @subsection List Tutorial Exercise 6
7643 @noindent
7644 First use @kbd{v x 6 @key{RET}} to get a list of integers, then @kbd{V M v x}
7645 to get a list of lists of integers!
7647 @node List Answer 7, List Answer 8, List Answer 6, Answers to Exercises
7648 @subsection List Tutorial Exercise 7
7650 @noindent
7651 Here's one solution.  First, compute the triangular list from the previous
7652 exercise and type @kbd{1 -} to subtract one from all the elements.
7654 @smallexample
7655 @group
7656 1:  [ [0],
7657       [0, 1],
7658       [0, 1, 2],
7659       @dots{}
7661     1 -
7662 @end group
7663 @end smallexample
7665 The numbers down the lefthand edge of the list we desire are called
7666 the ``triangular numbers'' (now you know why!).  The @expr{n}th
7667 triangular number is the sum of the integers from 1 to @expr{n}, and
7668 can be computed directly by the formula 
7669 @texline @math{n (n+1) \over 2}.
7670 @infoline @expr{n * (n+1) / 2}.
7672 @smallexample
7673 @group
7674 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7675 1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5]      1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7676     .                           .
7678     v x 6 @key{RET} 1 -               V M ' $ ($+1)/2 @key{RET}
7679 @end group
7680 @end smallexample
7682 @noindent
7683 Adding this list to the above list of lists produces the desired
7684 result:
7686 @smallexample
7687 @group
7688 1:  [ [0],
7689       [1, 2],
7690       [3, 4, 5],
7691       [6, 7, 8, 9],
7692       [10, 11, 12, 13, 14],
7693       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
7694       .
7696       V M +
7697 @end group
7698 @end smallexample
7700 If we did not know the formula for triangular numbers, we could have
7701 computed them using a @kbd{V U +} command.  We could also have
7702 gotten them the hard way by mapping a reduction across the original
7703 triangular list.
7705 @smallexample
7706 @group
7707 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7708 1:  [ [0], [0, 1], ... ]    1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7709     .                           .
7711     @key{RET}                         V M V R +
7712 @end group
7713 @end smallexample
7715 @noindent
7716 (This means ``map a @kbd{V R +} command across the vector,'' and
7717 since each element of the main vector is itself a small vector,
7718 @kbd{V R +} computes the sum of its elements.)
7720 @node List Answer 8, List Answer 9, List Answer 7, Answers to Exercises
7721 @subsection List Tutorial Exercise 8
7723 @noindent
7724 The first step is to build a list of values of @expr{x}.
7726 @smallexample
7727 @group
7728 1:  [1, 2, 3, ..., 21]  1:  [0, 1, 2, ..., 20]  1:  [0, 0.25, 0.5, ..., 5]
7729     .                       .                       .
7731     v x 21 @key{RET}              1 -                     4 /  s 1
7732 @end group
7733 @end smallexample
7735 Next, we compute the Bessel function values.
7737 @smallexample
7738 @group
7739 1:  [0., 0.124, 0.242, ..., -0.328]
7740     .
7742     V M ' besJ(1,$) @key{RET}
7743 @end group
7744 @end smallexample
7746 @noindent
7747 (Another way to do this would be @kbd{1 @key{TAB} V M f j}.)
7749 A way to isolate the maximum value is to compute the maximum using
7750 @kbd{V R X}, then compare all the Bessel values with that maximum.
7752 @smallexample
7753 @group
7754 2:  [0., 0.124, 0.242, ... ]   1:  [0, 0, 0, ... ]    2:  [0, 0, 0, ... ]
7755 1:  0.5801562                      .                  1:  1
7756     .                                                     .
7758     @key{RET} V R X                      V M a =                @key{RET} V R +    @key{DEL}
7759 @end group
7760 @end smallexample
7762 @noindent
7763 It's a good idea to verify, as in the last step above, that only
7764 one value is equal to the maximum.  (After all, a plot of 
7765 @texline @math{\sin x}
7766 @infoline @expr{sin(x)}
7767 might have many points all equal to the maximum value, 1.)
7769 The vector we have now has a single 1 in the position that indicates
7770 the maximum value of @expr{x}.  Now it is a simple matter to convert
7771 this back into the corresponding value itself.
7773 @smallexample
7774 @group
7775 2:  [0, 0, 0, ... ]         1:  [0, 0., 0., ... ]    1:  1.75
7776 1:  [0, 0.25, 0.5, ... ]        .                        .
7777     .
7779     r 1                         V M *                    V R +
7780 @end group
7781 @end smallexample
7783 If @kbd{a =} had produced more than one @expr{1} value, this method
7784 would have given the sum of all maximum @expr{x} values; not very
7785 useful!  In this case we could have used @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector})
7786 instead.  This command deletes all elements of a ``data'' vector that
7787 correspond to zeros in a ``mask'' vector, leaving us with, in this
7788 example, a vector of maximum @expr{x} values.
7790 The built-in @kbd{a X} command maximizes a function using more
7791 efficient methods.  Just for illustration, let's use @kbd{a X}
7792 to maximize @samp{besJ(1,x)} over this same interval.
7794 @smallexample
7795 @group
7796 2:  besJ(1, x)                 1:  [1.84115, 0.581865]
7797 1:  [0 .. 5]                       .
7798     .
7800 ' besJ(1,x), [0..5] @key{RET}            a X x @key{RET}
7801 @end group
7802 @end smallexample
7804 @noindent
7805 The output from @kbd{a X} is a vector containing the value of @expr{x}
7806 that maximizes the function, and the function's value at that maximum.
7807 As you can see, our simple search got quite close to the right answer.
7809 @node List Answer 9, List Answer 10, List Answer 8, Answers to Exercises
7810 @subsection List Tutorial Exercise 9
7812 @noindent
7813 Step one is to convert our integer into vector notation.
7815 @smallexample
7816 @group
7817 1:  25129925999           3:  25129925999
7818     .                     2:  10
7819                           1:  [11, 10, 9, ..., 1, 0]
7820                               .
7822     25129925999 @key{RET}           10 @key{RET} 12 @key{RET} v x 12 @key{RET} -
7824 @end group
7825 @end smallexample
7826 @noindent
7827 @smallexample
7828 @group
7829 1:  25129925999              1:  [0, 2, 25, 251, 2512, ... ]
7830 2:  [100000000000, ... ]         .
7831     .
7833     V M ^   s 1                  V M \
7834 @end group
7835 @end smallexample
7837 @noindent
7838 (Recall, the @kbd{\} command computes an integer quotient.)
7840 @smallexample
7841 @group
7842 1:  [0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 5, 9, 9, 9]
7843     .
7845     10 V M %   s 2
7846 @end group
7847 @end smallexample
7849 Next we must increment this number.  This involves adding one to
7850 the last digit, plus handling carries.  There is a carry to the
7851 left out of a digit if that digit is a nine and all the digits to
7852 the right of it are nines.
7854 @smallexample
7855 @group
7856 1:  [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1]   1:  [1, 1, 1, 0, 0, 1, ... ]
7857     .                                          .
7859     9 V M a =                                  v v
7861 @end group
7862 @end smallexample
7863 @noindent
7864 @smallexample
7865 @group
7866 1:  [1, 1, 1, 0, 0, 0, ... ]   1:  [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]
7867     .                              .
7869     V U *                          v v 1 |
7870 @end group
7871 @end smallexample
7873 @noindent
7874 Accumulating @kbd{*} across a vector of ones and zeros will preserve
7875 only the initial run of ones.  These are the carries into all digits
7876 except the rightmost digit.  Concatenating a one on the right takes
7877 care of aligning the carries properly, and also adding one to the
7878 rightmost digit.
7880 @smallexample
7881 @group
7882 2:  [0, 0, 0, 0, ... ]     1:  [0, 0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 6, 0, 0, 0]
7883 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]         .
7884     .
7886     0 r 2 |                    V M +  10 V M %
7887 @end group
7888 @end smallexample
7890 @noindent
7891 Here we have concatenated 0 to the @emph{left} of the original number;
7892 this takes care of shifting the carries by one with respect to the
7893 digits that generated them.
7895 Finally, we must convert this list back into an integer.
7897 @smallexample
7898 @group
7899 3:  [0, 0, 2, 5, ... ]        2:  [0, 0, 2, 5, ... ]
7900 2:  1000000000000             1:  [1000000000000, 100000000000, ... ]
7901 1:  [100000000000, ... ]          .
7902     .
7904     10 @key{RET} 12 ^  r 1              |
7906 @end group
7907 @end smallexample
7908 @noindent
7909 @smallexample
7910 @group
7911 1:  [0, 0, 20000000000, 5000000000, ... ]    1:  25129926000
7912     .                                            .
7914     V M *                                        V R +
7915 @end group
7916 @end smallexample
7918 @noindent
7919 Another way to do this final step would be to reduce the formula
7920 @w{@samp{10 $$ + $}} across the vector of digits.
7922 @smallexample
7923 @group
7924 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]        1:  25129926000
7925     .                             .
7927                                   V R ' 10 $$ + $ @key{RET}
7928 @end group
7929 @end smallexample
7931 @node List Answer 10, List Answer 11, List Answer 9, Answers to Exercises
7932 @subsection List Tutorial Exercise 10
7934 @noindent
7935 For the list @expr{[a, b, c, d]}, the result is @expr{((a = b) = c) = d},
7936 which will compare @expr{a} and @expr{b} to produce a 1 or 0, which is
7937 then compared with @expr{c} to produce another 1 or 0, which is then
7938 compared with @expr{d}.  This is not at all what Joe wanted.
7940 Here's a more correct method:
7942 @smallexample
7943 @group
7944 1:  [7, 7, 7, 8, 7]      2:  [7, 7, 7, 8, 7]
7945     .                    1:  7
7946                              .
7948   ' [7,7,7,8,7] @key{RET}          @key{RET} v r 1 @key{RET}
7950 @end group
7951 @end smallexample
7952 @noindent
7953 @smallexample
7954 @group
7955 1:  [1, 1, 1, 0, 1]      1:  0
7956     .                        .
7958     V M a =                  V R *
7959 @end group
7960 @end smallexample
7962 @node List Answer 11, List Answer 12, List Answer 10, Answers to Exercises
7963 @subsection List Tutorial Exercise 11
7965 @noindent
7966 The circle of unit radius consists of those points @expr{(x,y)} for which
7967 @expr{x^2 + y^2 < 1}.  We start by generating a vector of @expr{x^2}
7968 and a vector of @expr{y^2}.
7970 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7971 commands.
7973 @smallexample
7974 @group
7975 2:  [2., 2., ..., 2.]          2:  [2., 2., ..., 2.]
7976 1:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [1.16, 1.98, ..., 0.81]
7977     .                              .
7979  v . t .  2. v b 100 @key{RET} @key{RET}       V M k r
7981 @end group
7982 @end smallexample
7983 @noindent
7984 @smallexample
7985 @group
7986 2:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]
7987 1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]  2:  [0.53, 0.81, ..., 0.094]
7988     .                              .
7990     1 -  2 V M ^                   @key{TAB}  V M k r  1 -  2 V M ^
7991 @end group
7992 @end smallexample
7994 Now we sum the @expr{x^2} and @expr{y^2} values, compare with 1 to
7995 get a vector of 1/0 truth values, then sum the truth values.
7997 @smallexample
7998 @group
7999 1:  [0.56, 1.78, ..., 0.13]    1:  [1, 0, ..., 1]    1:  84
8000     .                              .                     .
8002     +                              1 V M a <             V R +
8003 @end group
8004 @end smallexample
8006 @noindent
8007 The ratio @expr{84/100} should approximate the ratio @cpiover{4}.
8009 @smallexample
8010 @group
8011 1:  0.84       1:  3.36       2:  3.36       1:  1.0695
8012     .              .          1:  3.14159        .
8014     100 /          4 *            P              /
8015 @end group
8016 @end smallexample
8018 @noindent
8019 Our estimate, 3.36, is off by about 7%.  We could get a better estimate
8020 by taking more points (say, 1000), but it's clear that this method is
8021 not very efficient!
8023 (Naturally, since this example uses random numbers your own answer
8024 will be slightly different from the one shown here!)
8026 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
8027 return to full-sized display of vectors.
8029 @node List Answer 12, List Answer 13, List Answer 11, Answers to Exercises
8030 @subsection List Tutorial Exercise 12
8032 @noindent
8033 This problem can be made a lot easier by taking advantage of some
8034 symmetries.  First of all, after some thought it's clear that the
8035 @expr{y} axis can be ignored altogether.  Just pick a random @expr{x}
8036 component for one end of the match, pick a random direction 
8037 @texline @math{\theta},
8038 @infoline @expr{theta},
8039 and see if @expr{x} and 
8040 @texline @math{x + \cos \theta}
8041 @infoline @expr{x + cos(theta)} 
8042 (which is the @expr{x} coordinate of the other endpoint) cross a line.
8043 The lines are at integer coordinates, so this happens when the two
8044 numbers surround an integer.
8046 Since the two endpoints are equivalent, we may as well choose the leftmost
8047 of the two endpoints as @expr{x}.  Then @expr{theta} is an angle pointing
8048 to the right, in the range -90 to 90 degrees.  (We could use radians, but
8049 it would feel like cheating to refer to @cpiover{2} radians while trying
8050 to estimate @cpi{}!)
8052 In fact, since the field of lines is infinite we can choose the
8053 coordinates 0 and 1 for the lines on either side of the leftmost
8054 endpoint.  The rightmost endpoint will be between 0 and 1 if the
8055 match does not cross a line, or between 1 and 2 if it does.  So:
8056 Pick random @expr{x} and 
8057 @texline @math{\theta},
8058 @infoline @expr{theta}, 
8059 compute
8060 @texline @math{x + \cos \theta},
8061 @infoline @expr{x + cos(theta)},
8062 and count how many of the results are greater than one.  Simple!
8064 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
8065 commands.
8067 @smallexample
8068 @group
8069 1:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]
8070     .                          1:  [78.4, 64.5, ..., -42.9]
8071                                    .
8073 v . t . 1. v b 100 @key{RET}  V M k r    180. v b 100 @key{RET}  V M k r  90 -
8074 @end group
8075 @end smallexample
8077 @noindent
8078 (The next step may be slow, depending on the speed of your computer.)
8080 @smallexample
8081 @group
8082 2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    1:  [0.72, 1.14, ..., 1.45]
8083 1:  [0.20, 0.43, ..., 0.73]        .
8084     .
8086     m d  V M C                     +
8088 @end group
8089 @end smallexample
8090 @noindent
8091 @smallexample
8092 @group
8093 1:  [0, 1, ..., 1]       1:  0.64            1:  3.125
8094     .                        .                   .
8096     1 V M a >                V R + 100 /         2 @key{TAB} /
8097 @end group
8098 @end smallexample
8100 Let's try the third method, too.  We'll use random integers up to
8101 one million.  The @kbd{k r} command with an integer argument picks
8102 a random integer.
8104 @smallexample
8105 @group
8106 2:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   2:  [78489, 527587, ..., 814975]
8107 1:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   1:  [324014, 358783, ..., 955450]
8108     .                                      .
8110     1000000 v b 100 @key{RET} @key{RET}                V M k r  @key{TAB}  V M k r
8112 @end group
8113 @end smallexample
8114 @noindent
8115 @smallexample
8116 @group
8117 1:  [1, 1, ..., 25]      1:  [1, 1, ..., 0]     1:  0.56
8118     .                        .                      .
8120     V M k g                  1 V M a =              V R + 100 /
8122 @end group
8123 @end smallexample
8124 @noindent
8125 @smallexample
8126 @group
8127 1:  10.714        1:  3.273
8128     .                 .
8130     6 @key{TAB} /           Q
8131 @end group
8132 @end smallexample
8134 For a proof of this property of the GCD function, see section 4.5.2,
8135 exercise 10, of Knuth's @emph{Art of Computer Programming}, volume II.
8137 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
8138 return to full-sized display of vectors.
8140 @node List Answer 13, List Answer 14, List Answer 12, Answers to Exercises
8141 @subsection List Tutorial Exercise 13
8143 @noindent
8144 First, we put the string on the stack as a vector of ASCII codes.
8146 @smallexample
8147 @group
8148 1:  [84, 101, 115, ..., 51]
8149     .
8151     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}
8152 @end group
8153 @end smallexample
8155 @noindent
8156 Note that the @kbd{"} key, like @kbd{$}, initiates algebraic entry so
8157 there was no need to type an apostrophe.  Also, Calc didn't mind that
8158 we omitted the closing @kbd{"}.  (The same goes for all closing delimiters
8159 like @kbd{)} and @kbd{]} at the end of a formula.
8161 We'll show two different approaches here.  In the first, we note that
8162 if the input vector is @expr{[a, b, c, d]}, then the hash code is
8163 @expr{3 (3 (3a + b) + c) + d = 27a + 9b + 3c + d}.  In other words,
8164 it's a sum of descending powers of three times the ASCII codes.
8166 @smallexample
8167 @group
8168 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    2:  [84, 101, 115, ..., 51]
8169 1:  16                         1:  [15, 14, 13, ..., 0]
8170     .                              .
8172     @key{RET} v l                        v x 16 @key{RET} -
8174 @end group
8175 @end smallexample
8176 @noindent
8177 @smallexample
8178 @group
8179 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098    1:  121
8180 1:  [14348907, ..., 1]             .                 .
8181     .
8183     3 @key{TAB} V M ^                    *                 511 %
8184 @end group
8185 @end smallexample
8187 @noindent
8188 Once again, @kbd{*} elegantly summarizes most of the computation.
8189 But there's an even more elegant approach:  Reduce the formula
8190 @kbd{3 $$ + $} across the vector.  Recall that this represents a
8191 function of two arguments that computes its first argument times three
8192 plus its second argument.
8194 @smallexample
8195 @group
8196 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098
8197     .                              .
8199     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' 3$$+$ @key{RET}
8200 @end group
8201 @end smallexample
8203 @noindent
8204 If you did the decimal arithmetic exercise, this will be familiar.
8205 Basically, we're turning a base-3 vector of digits into an integer,
8206 except that our ``digits'' are much larger than real digits.
8208 Instead of typing @kbd{511 %} again to reduce the result, we can be
8209 cleverer still and notice that rather than computing a huge integer
8210 and taking the modulo at the end, we can take the modulo at each step
8211 without affecting the result.  While this means there are more
8212 arithmetic operations, the numbers we operate on remain small so
8213 the operations are faster.
8215 @smallexample
8216 @group
8217 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  121
8218     .                              .
8220     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' (3$$+$)%511 @key{RET}
8221 @end group
8222 @end smallexample
8224 Why does this work?  Think about a two-step computation:
8225 @w{@expr{3 (3a + b) + c}}.  Taking a result modulo 511 basically means
8226 subtracting off enough 511's to put the result in the desired range.
8227 So the result when we take the modulo after every step is,
8229 @ifinfo
8230 @example
8231 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n
8232 @end example
8233 @end ifinfo
8234 @tex
8235 \turnoffactive
8236 \beforedisplay
8237 $$ 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n $$
8238 \afterdisplay
8239 @end tex
8241 @noindent
8242 for some suitable integers @expr{m} and @expr{n}.  Expanding out by
8243 the distributive law yields
8245 @ifinfo
8246 @example
8247 9 a + 3 b + c - 511*3 m - 511 n
8248 @end example
8249 @end ifinfo
8250 @tex
8251 \turnoffactive
8252 \beforedisplay
8253 $$ 9 a + 3 b + c - 511\times3 m - 511 n $$
8254 \afterdisplay
8255 @end tex
8257 @noindent
8258 The @expr{m} term in the latter formula is redundant because any
8259 contribution it makes could just as easily be made by the @expr{n}
8260 term.  So we can take it out to get an equivalent formula with
8261 @expr{n' = 3m + n},
8263 @ifinfo
8264 @example
8265 9 a + 3 b + c - 511 n'
8266 @end example
8267 @end ifinfo
8268 @tex
8269 \turnoffactive
8270 \beforedisplay
8271 $$ 9 a + 3 b + c - 511 n' $$
8272 \afterdisplay
8273 @end tex
8275 @noindent
8276 which is just the formula for taking the modulo only at the end of
8277 the calculation.  Therefore the two methods are essentially the same.
8279 Later in the tutorial we will encounter @dfn{modulo forms}, which
8280 basically automate the idea of reducing every intermediate result
8281 modulo some value @var{m}.
8283 @node List Answer 14, Types Answer 1, List Answer 13, Answers to Exercises
8284 @subsection List Tutorial Exercise 14
8286 We want to use @kbd{H V U} to nest a function which adds a random
8287 step to an @expr{(x,y)} coordinate.  The function is a bit long, but
8288 otherwise the problem is quite straightforward.
8290 @smallexample
8291 @group
8292 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,       0    ]
8293 1:  50               [  0.4288, -0.1695 ]
8294     .                [ -0.4787, -0.9027 ]
8295                      ...
8297     [0,0] 50       H V U ' <# + [random(2.0)-1, random(2.0)-1]> @key{RET}
8298 @end group
8299 @end smallexample
8301 Just as the text recommended, we used @samp{< >} nameless function
8302 notation to keep the two @code{random} calls from being evaluated
8303 before nesting even begins.
8305 We now have a vector of @expr{[x, y]} sub-vectors, which by Calc's
8306 rules acts like a matrix.  We can transpose this matrix and unpack
8307 to get a pair of vectors, @expr{x} and @expr{y}, suitable for graphing.
8309 @smallexample
8310 @group
8311 2:  [ 0, 0.4288, -0.4787, ... ]
8312 1:  [ 0, -0.1696, -0.9027, ... ]
8313     .
8315     v t  v u  g f
8316 @end group
8317 @end smallexample
8319 Incidentally, because the @expr{x} and @expr{y} are completely
8320 independent in this case, we could have done two separate commands
8321 to create our @expr{x} and @expr{y} vectors of numbers directly.
8323 To make a random walk of unit steps, we note that @code{sincos} of
8324 a random direction exactly gives us an @expr{[x, y]} step of unit
8325 length; in fact, the new nesting function is even briefer, though
8326 we might want to lower the precision a bit for it.
8328 @smallexample
8329 @group
8330 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,      0    ]
8331 1:  50               [  0.1318, 0.9912 ]
8332     .                [ -0.5965, 0.3061 ]
8333                      ...
8335     [0,0] 50   m d  p 6 @key{RET}   H V U ' <# + sincos(random(360.0))> @key{RET}
8336 @end group
8337 @end smallexample
8339 Another @kbd{v t v u g f} sequence will graph this new random walk.
8341 An interesting twist on these random walk functions would be to use
8342 complex numbers instead of 2-vectors to represent points on the plane.
8343 In the first example, we'd use something like @samp{random + random*(0,1)},
8344 and in the second we could use polar complex numbers with random phase
8345 angles.  (This exercise was first suggested in this form by Randal
8346 Schwartz.)
8348 @node Types Answer 1, Types Answer 2, List Answer 14, Answers to Exercises
8349 @subsection Types Tutorial Exercise 1
8351 @noindent
8352 If the number is the square root of @cpi{} times a rational number,
8353 then its square, divided by @cpi{}, should be a rational number.
8355 @smallexample
8356 @group
8357 1:  1.26508260337    1:  0.509433962268   1:  2486645810:4881193627
8358     .                    .                    .
8360                          2 ^ P /              c F
8361 @end group
8362 @end smallexample
8364 @noindent
8365 Technically speaking this is a rational number, but not one that is
8366 likely to have arisen in the original problem.  More likely, it just
8367 happens to be the fraction which most closely represents some
8368 irrational number to within 12 digits.
8370 But perhaps our result was not quite exact.  Let's reduce the
8371 precision slightly and try again:
8373 @smallexample
8374 @group
8375 1:  0.509433962268     1:  27:53
8376     .                      .
8378     U p 10 @key{RET}             c F
8379 @end group
8380 @end smallexample
8382 @noindent
8383 Aha!  It's unlikely that an irrational number would equal a fraction
8384 this simple to within ten digits, so our original number was probably
8385 @texline @math{\sqrt{27 \pi / 53}}.
8386 @infoline @expr{sqrt(27 pi / 53)}.
8388 Notice that we didn't need to re-round the number when we reduced the
8389 precision.  Remember, arithmetic operations always round their inputs
8390 to the current precision before they begin.
8392 @node Types Answer 2, Types Answer 3, Types Answer 1, Answers to Exercises
8393 @subsection Types Tutorial Exercise 2
8395 @noindent
8396 @samp{inf / inf = nan}.  Perhaps @samp{1} is the ``obvious'' answer.
8397 But if @w{@samp{17 inf = inf}}, then @samp{17 inf / inf = inf / inf = 17}, too.
8399 @samp{exp(inf) = inf}.  It's tempting to say that the exponential
8400 of infinity must be ``bigger'' than ``regular'' infinity, but as
8401 far as Calc is concerned all infinities are as just as big.
8402 In other words, as @expr{x} goes to infinity, @expr{e^x} also goes
8403 to infinity, but the fact the @expr{e^x} grows much faster than
8404 @expr{x} is not relevant here.
8406 @samp{exp(-inf) = 0}.  Here we have a finite answer even though
8407 the input is infinite.
8409 @samp{sqrt(-inf) = (0, 1) inf}.  Remember that @expr{(0, 1)}
8410 represents the imaginary number @expr{i}.  Here's a derivation:
8411 @samp{sqrt(-inf) = @w{sqrt((-1) * inf)} = sqrt(-1) * sqrt(inf)}.
8412 The first part is, by definition, @expr{i}; the second is @code{inf}
8413 because, once again, all infinities are the same size.
8415 @samp{sqrt(uinf) = uinf}.  In fact, we do know something about the
8416 direction because @code{sqrt} is defined to return a value in the
8417 right half of the complex plane.  But Calc has no notation for this,
8418 so it settles for the conservative answer @code{uinf}.
8420 @samp{abs(uinf) = inf}.  No matter which direction @expr{x} points,
8421 @samp{abs(x)} always points along the positive real axis.
8423 @samp{ln(0) = -inf}.  Here we have an infinite answer to a finite
8424 input.  As in the @expr{1 / 0} case, Calc will only use infinities
8425 here if you have turned on Infinite mode.  Otherwise, it will
8426 treat @samp{ln(0)} as an error.
8428 @node Types Answer 3, Types Answer 4, Types Answer 2, Answers to Exercises
8429 @subsection Types Tutorial Exercise 3
8431 @noindent
8432 We can make @samp{inf - inf} be any real number we like, say,
8433 @expr{a}, just by claiming that we added @expr{a} to the first
8434 infinity but not to the second.  This is just as true for complex
8435 values of @expr{a}, so @code{nan} can stand for a complex number.
8436 (And, similarly, @code{uinf} can stand for an infinity that points
8437 in any direction in the complex plane, such as @samp{(0, 1) inf}).
8439 In fact, we can multiply the first @code{inf} by two.  Surely
8440 @w{@samp{2 inf - inf = inf}}, but also @samp{2 inf - inf = inf - inf = nan}.
8441 So @code{nan} can even stand for infinity.  Obviously it's just
8442 as easy to make it stand for minus infinity as for plus infinity.
8444 The moral of this story is that ``infinity'' is a slippery fish
8445 indeed, and Calc tries to handle it by having a very simple model
8446 for infinities (only the direction counts, not the ``size''); but
8447 Calc is careful to write @code{nan} any time this simple model is
8448 unable to tell what the true answer is.
8450 @node Types Answer 4, Types Answer 5, Types Answer 3, Answers to Exercises
8451 @subsection Types Tutorial Exercise 4
8453 @smallexample
8454 @group
8455 2:  0@@ 47' 26"              1:  0@@ 2' 47.411765"
8456 1:  17                          .
8457     .
8459     0@@ 47' 26" @key{RET} 17           /
8460 @end group
8461 @end smallexample
8463 @noindent
8464 The average song length is two minutes and 47.4 seconds.
8466 @smallexample
8467 @group
8468 2:  0@@ 2' 47.411765"     1:  0@@ 3' 7.411765"    1:  0@@ 53' 6.000005"
8469 1:  0@@ 0' 20"                .                      .
8470     .
8472     20"                      +                      17 *
8473 @end group
8474 @end smallexample
8476 @noindent
8477 The album would be 53 minutes and 6 seconds long.
8479 @node Types Answer 5, Types Answer 6, Types Answer 4, Answers to Exercises
8480 @subsection Types Tutorial Exercise 5
8482 @noindent
8483 Let's suppose it's January 14, 1991.  The easiest thing to do is
8484 to keep trying 13ths of months until Calc reports a Friday.
8485 We can do this by manually entering dates, or by using @kbd{t I}:
8487 @smallexample
8488 @group
8489 1:  <Wed Feb 13, 1991>    1:  <Wed Mar 13, 1991>   1:  <Sat Apr 13, 1991>
8490     .                         .                        .
8492     ' <2/13> @key{RET}       @key{DEL}    ' <3/13> @key{RET}             t I
8493 @end group
8494 @end smallexample
8496 @noindent
8497 (Calc assumes the current year if you don't say otherwise.)
8499 This is getting tedious---we can keep advancing the date by typing
8500 @kbd{t I} over and over again, but let's automate the job by using
8501 vector mapping.  The @kbd{t I} command actually takes a second
8502 ``how-many-months'' argument, which defaults to one.  This
8503 argument is exactly what we want to map over:
8505 @smallexample
8506 @group
8507 2:  <Sat Apr 13, 1991>     1:  [<Mon May 13, 1991>, <Thu Jun 13, 1991>,
8508 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]          <Sat Jul 13, 1991>, <Tue Aug 13, 1991>,
8509     .                           <Fri Sep 13, 1991>, <Sun Oct 13, 1991>]
8510                                .
8512     v x 6 @key{RET}                  V M t I
8513 @end group
8514 @end smallexample
8516 @noindent
8517 Et voil@`a, September 13, 1991 is a Friday.
8519 @smallexample
8520 @group
8521 1:  242
8522     .
8524 ' <sep 13> - <jan 14> @key{RET}
8525 @end group
8526 @end smallexample
8528 @noindent
8529 And the answer to our original question:  242 days to go.
8531 @node Types Answer 6, Types Answer 7, Types Answer 5, Answers to Exercises
8532 @subsection Types Tutorial Exercise 6
8534 @noindent
8535 The full rule for leap years is that they occur in every year divisible
8536 by four, except that they don't occur in years divisible by 100, except
8537 that they @emph{do} in years divisible by 400.  We could work out the
8538 answer by carefully counting the years divisible by four and the
8539 exceptions, but there is a much simpler way that works even if we
8540 don't know the leap year rule.
8542 Let's assume the present year is 1991.  Years have 365 days, except
8543 that leap years (whenever they occur) have 366 days.  So let's count
8544 the number of days between now and then, and compare that to the
8545 number of years times 365.  The number of extra days we find must be
8546 equal to the number of leap years there were.
8548 @smallexample
8549 @group
8550 1:  <Mon Jan 1, 10001>     2:  <Mon Jan 1, 10001>     1:  2925593
8551     .                      1:  <Tue Jan 1, 1991>          .
8552                                .
8554   ' <jan 1 10001> @key{RET}         ' <jan 1 1991> @key{RET}          -
8556 @end group
8557 @end smallexample
8558 @noindent
8559 @smallexample
8560 @group
8561 3:  2925593       2:  2925593     2:  2925593     1:  1943
8562 2:  10001         1:  8010        1:  2923650         .
8563 1:  1991              .               .
8564     .
8566   10001 @key{RET} 1991      -               365 *           -
8567 @end group
8568 @end smallexample
8570 @c [fix-ref Date Forms]
8571 @noindent
8572 There will be 1943 leap years before the year 10001.  (Assuming,
8573 of course, that the algorithm for computing leap years remains
8574 unchanged for that long.  @xref{Date Forms}, for some interesting
8575 background information in that regard.)
8577 @node Types Answer 7, Types Answer 8, Types Answer 6, Answers to Exercises
8578 @subsection Types Tutorial Exercise 7
8580 @noindent
8581 The relative errors must be converted to absolute errors so that
8582 @samp{+/-} notation may be used.
8584 @smallexample
8585 @group
8586 1:  1.              2:  1.
8587     .               1:  0.2
8588                         .
8590     20 @key{RET} .05 *        4 @key{RET} .05 *
8591 @end group
8592 @end smallexample
8594 Now we simply chug through the formula.
8596 @smallexample
8597 @group
8598 1:  19.7392088022    1:  394.78 +/- 19.739    1:  6316.5 +/- 706.21
8599     .                    .                        .
8601     2 P 2 ^ *            20 p 1 *                 4 p .2 @key{RET} 2 ^ *
8602 @end group
8603 @end smallexample
8605 It turns out the @kbd{v u} command will unpack an error form as
8606 well as a vector.  This saves us some retyping of numbers.
8608 @smallexample
8609 @group
8610 3:  6316.5 +/- 706.21     2:  6316.5 +/- 706.21
8611 2:  6316.5                1:  0.1118
8612 1:  706.21                    .
8613     .
8615     @key{RET} v u                   @key{TAB} /
8616 @end group
8617 @end smallexample
8619 @noindent
8620 Thus the volume is 6316 cubic centimeters, within about 11 percent.
8622 @node Types Answer 8, Types Answer 9, Types Answer 7, Answers to Exercises
8623 @subsection Types Tutorial Exercise 8
8625 @noindent
8626 The first answer is pretty simple:  @samp{1 / (0 .. 10) = (0.1 .. inf)}.
8627 Since a number in the interval @samp{(0 .. 10)} can get arbitrarily
8628 close to zero, its reciprocal can get arbitrarily large, so the answer
8629 is an interval that effectively means, ``any number greater than 0.1''
8630 but with no upper bound.
8632 The second answer, similarly, is @samp{1 / (-10 .. 0) = (-inf .. -0.1)}.
8634 Calc normally treats division by zero as an error, so that the formula
8635 @w{@samp{1 / 0}} is left unsimplified.  Our third problem,
8636 @w{@samp{1 / [0 .. 10]}}, also (potentially) divides by zero because zero
8637 is now a member of the interval.  So Calc leaves this one unevaluated, too.
8639 If you turn on Infinite mode by pressing @kbd{m i}, you will
8640 instead get the answer @samp{[0.1 .. inf]}, which includes infinity
8641 as a possible value.
8643 The fourth calculation, @samp{1 / (-10 .. 10)}, has the same problem.
8644 Zero is buried inside the interval, but it's still a possible value.
8645 It's not hard to see that the actual result of @samp{1 / (-10 .. 10)}
8646 will be either greater than @mathit{0.1}, or less than @mathit{-0.1}.  Thus
8647 the interval goes from minus infinity to plus infinity, with a ``hole''
8648 in it from @mathit{-0.1} to @mathit{0.1}.  Calc doesn't have any way to
8649 represent this, so it just reports @samp{[-inf .. inf]} as the answer.
8650 It may be disappointing to hear ``the answer lies somewhere between
8651 minus infinity and plus infinity, inclusive,'' but that's the best
8652 that interval arithmetic can do in this case.
8654 @node Types Answer 9, Types Answer 10, Types Answer 8, Answers to Exercises
8655 @subsection Types Tutorial Exercise 9
8657 @smallexample
8658 @group
8659 1:  [-3 .. 3]       2:  [-3 .. 3]     2:  [0 .. 9]
8660     .               1:  [0 .. 9]      1:  [-9 .. 9]
8661                         .                 .
8663     [ 3 n .. 3 ]        @key{RET} 2 ^           @key{TAB} @key{RET} *
8664 @end group
8665 @end smallexample
8667 @noindent
8668 In the first case the result says, ``if a number is between @mathit{-3} and
8669 3, its square is between 0 and 9.''  The second case says, ``the product
8670 of two numbers each between @mathit{-3} and 3 is between @mathit{-9} and 9.''
8672 An interval form is not a number; it is a symbol that can stand for
8673 many different numbers.  Two identical-looking interval forms can stand
8674 for different numbers.
8676 The same issue arises when you try to square an error form.
8678 @node Types Answer 10, Types Answer 11, Types Answer 9, Answers to Exercises
8679 @subsection Types Tutorial Exercise 10
8681 @noindent
8682 Testing the first number, we might arbitrarily choose 17 for @expr{x}.
8684 @smallexample
8685 @group
8686 1:  17 mod 811749613   2:  17 mod 811749613   1:  533694123 mod 811749613
8687     .                      811749612              .
8688                            .
8690     17 M 811749613 @key{RET}     811749612              ^
8691 @end group
8692 @end smallexample
8694 @noindent
8695 Since 533694123 is (considerably) different from 1, the number 811749613
8696 must not be prime.
8698 It's awkward to type the number in twice as we did above.  There are
8699 various ways to avoid this, and algebraic entry is one.  In fact, using
8700 a vector mapping operation we can perform several tests at once.  Let's
8701 use this method to test the second number.
8703 @smallexample
8704 @group
8705 2:  [17, 42, 100000]               1:  [1 mod 15485863, 1 mod ... ]
8706 1:  15485863                           .
8707     .
8709  [17 42 100000] 15485863 @key{RET}           V M ' ($$ mod $)^($-1) @key{RET}
8710 @end group
8711 @end smallexample
8713 @noindent
8714 The result is three ones (modulo @expr{n}), so it's very probable that
8715 15485863 is prime.  (In fact, this number is the millionth prime.)
8717 Note that the functions @samp{($$^($-1)) mod $} or @samp{$$^($-1) % $}
8718 would have been hopelessly inefficient, since they would have calculated
8719 the power using full integer arithmetic.
8721 Calc has a @kbd{k p} command that does primality testing.  For small
8722 numbers it does an exact test; for large numbers it uses a variant
8723 of the Fermat test we used here.  You can use @kbd{k p} repeatedly
8724 to prove that a large integer is prime with any desired probability.
8726 @node Types Answer 11, Types Answer 12, Types Answer 10, Answers to Exercises
8727 @subsection Types Tutorial Exercise 11
8729 @noindent
8730 There are several ways to insert a calculated number into an HMS form.
8731 One way to convert a number of seconds to an HMS form is simply to
8732 multiply the number by an HMS form representing one second:
8734 @smallexample
8735 @group
8736 1:  31415926.5359     2:  31415926.5359     1:  8726@@ 38' 46.5359"
8737     .                 1:  0@@ 0' 1"              .
8738                           .
8740     P 1e7 *               0@@ 0' 1"              *
8742 @end group
8743 @end smallexample
8744 @noindent
8745 @smallexample
8746 @group
8747 2:  8726@@ 38' 46.5359"             1:  6@@ 6' 2.5359" mod 24@@ 0' 0"
8748 1:  15@@ 27' 16" mod 24@@ 0' 0"          .
8749     .
8751     x time @key{RET}                         +
8752 @end group
8753 @end smallexample
8755 @noindent
8756 It will be just after six in the morning.
8758 The algebraic @code{hms} function can also be used to build an
8759 HMS form:
8761 @smallexample
8762 @group
8763 1:  hms(0, 0, 10000000. pi)       1:  8726@@ 38' 46.5359"
8764     .                                 .
8766   ' hms(0, 0, 1e7 pi) @key{RET}             =
8767 @end group
8768 @end smallexample
8770 @noindent
8771 The @kbd{=} key is necessary to evaluate the symbol @samp{pi} to
8772 the actual number 3.14159...
8774 @node Types Answer 12, Types Answer 13, Types Answer 11, Answers to Exercises
8775 @subsection Types Tutorial Exercise 12
8777 @noindent
8778 As we recall, there are 17 songs of about 2 minutes and 47 seconds
8779 each.
8781 @smallexample
8782 @group
8783 2:  0@@ 2' 47"                    1:  [0@@ 3' 7" .. 0@@ 3' 47"]
8784 1:  [0@@ 0' 20" .. 0@@ 1' 0"]          .
8785     .
8787     [ 0@@ 20" .. 0@@ 1' ]              +
8789 @end group
8790 @end smallexample
8791 @noindent
8792 @smallexample
8793 @group
8794 1:  [0@@ 52' 59." .. 1@@ 4' 19."]
8795     .
8797     17 *
8798 @end group
8799 @end smallexample
8801 @noindent
8802 No matter how long it is, the album will fit nicely on one CD.
8804 @node Types Answer 13, Types Answer 14, Types Answer 12, Answers to Exercises
8805 @subsection Types Tutorial Exercise 13
8807 @noindent
8808 Type @kbd{' 1 yr @key{RET} u c s @key{RET}}.  The answer is 31557600 seconds.
8810 @node Types Answer 14, Types Answer 15, Types Answer 13, Answers to Exercises
8811 @subsection Types Tutorial Exercise 14
8813 @noindent
8814 How long will it take for a signal to get from one end of the computer
8815 to the other?
8817 @smallexample
8818 @group
8819 1:  m / c         1:  3.3356 ns
8820     .                 .
8822  ' 1 m / c @key{RET}        u c ns @key{RET}
8823 @end group
8824 @end smallexample
8826 @noindent
8827 (Recall, @samp{c} is a ``unit'' corresponding to the speed of light.)
8829 @smallexample
8830 @group
8831 1:  3.3356 ns     1:  0.81356 ns / ns     1:  0.81356
8832 2:  4.1 ns            .                       .
8833     .
8835   ' 4.1 ns @key{RET}        /                       u s
8836 @end group
8837 @end smallexample
8839 @noindent
8840 Thus a signal could take up to 81 percent of a clock cycle just to
8841 go from one place to another inside the computer, assuming the signal
8842 could actually attain the full speed of light.  Pretty tight!
8844 @node Types Answer 15, Algebra Answer 1, Types Answer 14, Answers to Exercises
8845 @subsection Types Tutorial Exercise 15
8847 @noindent
8848 The speed limit is 55 miles per hour on most highways.  We want to
8849 find the ratio of Sam's speed to the US speed limit.
8851 @smallexample
8852 @group
8853 1:  55 mph         2:  55 mph           3:  11 hr mph / yd
8854     .              1:  5 yd / hr            .
8855                        .
8857   ' 55 mph @key{RET}       ' 5 yd/hr @key{RET}          /
8858 @end group
8859 @end smallexample
8861 The @kbd{u s} command cancels out these units to get a plain
8862 number.  Now we take the logarithm base two to find the final
8863 answer, assuming that each successive pill doubles his speed.
8865 @smallexample
8866 @group
8867 1:  19360.       2:  19360.       1:  14.24
8868     .            1:  2                .
8869                      .
8871     u s              2                B
8872 @end group
8873 @end smallexample
8875 @noindent
8876 Thus Sam can take up to 14 pills without a worry.
8878 @node Algebra Answer 1, Algebra Answer 2, Types Answer 15, Answers to Exercises
8879 @subsection Algebra Tutorial Exercise 1
8881 @noindent
8882 @c [fix-ref Declarations]
8883 The result @samp{sqrt(x)^2} is simplified back to @expr{x} by the
8884 Calculator, but @samp{sqrt(x^2)} is not.  (Consider what happens
8885 if @w{@expr{x = -4}}.)  If @expr{x} is real, this formula could be
8886 simplified to @samp{abs(x)}, but for general complex arguments even
8887 that is not safe.  (@xref{Declarations}, for a way to tell Calc
8888 that @expr{x} is known to be real.)
8890 @node Algebra Answer 2, Algebra Answer 3, Algebra Answer 1, Answers to Exercises
8891 @subsection Algebra Tutorial Exercise 2
8893 @noindent
8894 Suppose our roots are @expr{[a, b, c]}.  We want a polynomial which
8895 is zero when @expr{x} is any of these values.  The trivial polynomial
8896 @expr{x-a} is zero when @expr{x=a}, so the product @expr{(x-a)(x-b)(x-c)}
8897 will do the job.  We can use @kbd{a c x} to write this in a more
8898 familiar form.
8900 @smallexample
8901 @group
8902 1:  34 x - 24 x^3          1:  [1.19023, -1.19023, 0]
8903     .                          .
8905     r 2                        a P x @key{RET}
8907 @end group
8908 @end smallexample
8909 @noindent
8910 @smallexample
8911 @group
8912 1:  [x - 1.19023, x + 1.19023, x]     1:  (x - 1.19023) (x + 1.19023) x
8913     .                                     .
8915     V M ' x-$ @key{RET}                         V R *
8917 @end group
8918 @end smallexample
8919 @noindent
8920 @smallexample
8921 @group
8922 1:  x^3 - 1.41666 x        1:  34 x - 24 x^3
8923     .                          .
8925     a c x @key{RET}                  24 n *  a x
8926 @end group
8927 @end smallexample
8929 @noindent
8930 Sure enough, our answer (multiplied by a suitable constant) is the
8931 same as the original polynomial.
8933 @node Algebra Answer 3, Algebra Answer 4, Algebra Answer 2, Answers to Exercises
8934 @subsection Algebra Tutorial Exercise 3
8936 @smallexample
8937 @group
8938 1:  x sin(pi x)         1:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8939     .                       .
8941   ' x sin(pi x) @key{RET}   m r   a i x @key{RET}
8943 @end group
8944 @end smallexample
8945 @noindent
8946 @smallexample
8947 @group
8948 1:  [y, 1]
8949 2:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8950     .
8952   ' [y,1] @key{RET} @key{TAB}
8954 @end group
8955 @end smallexample
8956 @noindent
8957 @smallexample
8958 @group
8959 1:  [(sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2, (sin(pi) - pi cos(pi)) / pi^2]
8960     .
8962     V M $ @key{RET}
8964 @end group
8965 @end smallexample
8966 @noindent
8967 @smallexample
8968 @group
8969 1:  (sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2 + (pi cos(pi) - sin(pi)) / pi^2
8970     .
8972     V R -
8974 @end group
8975 @end smallexample
8976 @noindent
8977 @smallexample
8978 @group
8979 1:  (sin(3.14159 y) - 3.14159 y cos(3.14159 y)) / 9.8696 - 0.3183
8980     .
8982     =
8984 @end group
8985 @end smallexample
8986 @noindent
8987 @smallexample
8988 @group
8989 1:  [0., -0.95493, 0.63662, -1.5915, 1.2732]
8990     .
8992     v x 5 @key{RET}  @key{TAB}  V M $ @key{RET}
8993 @end group
8994 @end smallexample
8996 @node Algebra Answer 4, Rewrites Answer 1, Algebra Answer 3, Answers to Exercises
8997 @subsection Algebra Tutorial Exercise 4
8999 @noindent
9000 The hard part is that @kbd{V R +} is no longer sufficient to add up all
9001 the contributions from the slices, since the slices have varying
9002 coefficients.  So first we must come up with a vector of these
9003 coefficients.  Here's one way:
9005 @smallexample
9006 @group
9007 2:  -1                 2:  3                    1:  [4, 2, ..., 4]
9008 1:  [1, 2, ..., 9]     1:  [-1, 1, ..., -1]         .
9009     .                      .
9011     1 n v x 9 @key{RET}          V M ^  3 @key{TAB}             -
9013 @end group
9014 @end smallexample
9015 @noindent
9016 @smallexample
9017 @group
9018 1:  [4, 2, ..., 4, 1]      1:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
9019     .                          .
9021     1 |                        1 @key{TAB} |
9022 @end group
9023 @end smallexample
9025 @noindent
9026 Now we compute the function values.  Note that for this method we need
9027 eleven values, including both endpoints of the desired interval.
9029 @smallexample
9030 @group
9031 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
9032 1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9, 2.]
9033     .
9035  11 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}  C-u v x
9037 @end group
9038 @end smallexample
9039 @noindent
9040 @smallexample
9041 @group
9042 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
9043 1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
9044     .
9046     ' sin(x) ln(x) @key{RET}   m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
9047 @end group
9048 @end smallexample
9050 @noindent
9051 Once again this calls for @kbd{V M * V R +}; a simple @kbd{*} does the
9052 same thing.
9054 @smallexample
9055 @group
9056 1:  11.22      1:  1.122      1:  0.374
9057     .              .              .
9059     *              .1 *           3 /
9060 @end group
9061 @end smallexample
9063 @noindent
9064 Wow!  That's even better than the result from the Taylor series method.
9066 @node Rewrites Answer 1, Rewrites Answer 2, Algebra Answer 4, Answers to Exercises
9067 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 1
9069 @noindent
9070 We'll use Big mode to make the formulas more readable.
9072 @smallexample
9073 @group
9074                                                ___
9075                                           2 + V 2
9076 1:  (2 + sqrt(2)) / (1 + sqrt(2))     1:  --------
9077     .                                          ___
9078                                           1 + V 2
9080                                           .
9082   ' (2+sqrt(2)) / (1+sqrt(2)) @key{RET}         d B
9083 @end group
9084 @end smallexample
9086 @noindent
9087 Multiplying by the conjugate helps because @expr{(a+b) (a-b) = a^2 - b^2}.
9089 @smallexample
9090 @group
9091           ___    ___
9092 1:  (2 + V 2 ) (V 2  - 1)
9093     .
9095   a r a/(b+c) := a*(b-c) / (b^2-c^2) @key{RET}
9097 @end group
9098 @end smallexample
9099 @noindent
9100 @smallexample
9101 @group
9102          ___                         ___
9103 1:  2 + V 2  - 2                1:  V 2
9104     .                               .
9106   a r a*(b+c) := a*b + a*c          a s
9107 @end group
9108 @end smallexample
9110 @noindent
9111 (We could have used @kbd{a x} instead of a rewrite rule for the
9112 second step.)
9114 The multiply-by-conjugate rule turns out to be useful in many
9115 different circumstances, such as when the denominator involves
9116 sines and cosines or the imaginary constant @code{i}.
9118 @node Rewrites Answer 2, Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 1, Answers to Exercises
9119 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 2
9121 @noindent
9122 Here is the rule set:
9124 @smallexample
9125 @group
9126 [ fib(n) := fib(n, 1, 1) :: integer(n) :: n >= 1,
9127   fib(1, x, y) := x,
9128   fib(n, x, y) := fib(n-1, y, x+y) ]
9129 @end group
9130 @end smallexample
9132 @noindent
9133 The first rule turns a one-argument @code{fib} that people like to write
9134 into a three-argument @code{fib} that makes computation easier.  The
9135 second rule converts back from three-argument form once the computation
9136 is done.  The third rule does the computation itself.  It basically
9137 says that if @expr{x} and @expr{y} are two consecutive Fibonacci numbers,
9138 then @expr{y} and @expr{x+y} are the next (overlapping) pair of Fibonacci
9139 numbers.
9141 Notice that because the number @expr{n} was ``validated'' by the
9142 conditions on the first rule, there is no need to put conditions on
9143 the other rules because the rule set would never get that far unless
9144 the input were valid.  That further speeds computation, since no
9145 extra conditions need to be checked at every step.
9147 Actually, a user with a nasty sense of humor could enter a bad
9148 three-argument @code{fib} call directly, say, @samp{fib(0, 1, 1)},
9149 which would get the rules into an infinite loop.  One thing that would
9150 help keep this from happening by accident would be to use something like
9151 @samp{ZzFib} instead of @code{fib} as the name of the three-argument
9152 function.
9154 @node Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 2, Answers to Exercises
9155 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 3
9157 @noindent
9158 He got an infinite loop.  First, Calc did as expected and rewrote
9159 @w{@samp{2 + 3 x}} to @samp{f(2, 3, x)}.  Then it looked for ways to
9160 apply the rule again, and found that @samp{f(2, 3, x)} looks like
9161 @samp{a + b x} with @w{@samp{a = 0}} and @samp{b = 1}, so it rewrote to
9162 @samp{f(0, 1, f(2, 3, x))}.  It then wrapped another @samp{f(0, 1, ...)}
9163 around that, and so on, ad infinitum.  Joe should have used @kbd{M-1 a r}
9164 to make sure the rule applied only once.
9166 (Actually, even the first step didn't work as he expected.  What Calc
9167 really gives for @kbd{M-1 a r} in this situation is @samp{f(3 x, 1, 2)},
9168 treating 2 as the ``variable,'' and @samp{3 x} as a constant being added
9169 to it.  While this may seem odd, it's just as valid a solution as the
9170 ``obvious'' one.  One way to fix this would be to add the condition
9171 @samp{:: variable(x)} to the rule, to make sure the thing that matches
9172 @samp{x} is indeed a variable, or to change @samp{x} to @samp{quote(x)}
9173 on the lefthand side, so that the rule matches the actual variable
9174 @samp{x} rather than letting @samp{x} stand for something else.)
9176 @node Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 3, Answers to Exercises
9177 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 4
9179 @noindent
9180 @ignore
9181 @starindex
9182 @end ignore
9183 @tindex seq
9184 Here is a suitable set of rules to solve the first part of the problem:
9186 @smallexample
9187 @group
9188 [ seq(n, c) := seq(n/2,  c+1) :: n%2 = 0,
9189   seq(n, c) := seq(3n+1, c+1) :: n%2 = 1 :: n > 1 ]
9190 @end group
9191 @end smallexample
9193 Given the initial formula @samp{seq(6, 0)}, application of these
9194 rules produces the following sequence of formulas:
9196 @example
9197 seq( 3, 1)
9198 seq(10, 2)
9199 seq( 5, 3)
9200 seq(16, 4)
9201 seq( 8, 5)
9202 seq( 4, 6)
9203 seq( 2, 7)
9204 seq( 1, 8)
9205 @end example
9207 @noindent
9208 whereupon neither of the rules match, and rewriting stops.
9210 We can pretty this up a bit with a couple more rules:
9212 @smallexample
9213 @group
9214 [ seq(n) := seq(n, 0),
9215   seq(1, c) := c,
9216   ... ]
9217 @end group
9218 @end smallexample
9220 @noindent
9221 Now, given @samp{seq(6)} as the starting configuration, we get 8
9222 as the result.
9224 The change to return a vector is quite simple:
9226 @smallexample
9227 @group
9228 [ seq(n) := seq(n, []) :: integer(n) :: n > 0,
9229   seq(1, v) := v | 1,
9230   seq(n, v) := seq(n/2,  v | n) :: n%2 = 0,
9231   seq(n, v) := seq(3n+1, v | n) :: n%2 = 1 ]
9232 @end group
9233 @end smallexample
9235 @noindent
9236 Given @samp{seq(6)}, the result is @samp{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
9238 Notice that the @expr{n > 1} guard is no longer necessary on the last
9239 rule since the @expr{n = 1} case is now detected by another rule.
9240 But a guard has been added to the initial rule to make sure the
9241 initial value is suitable before the computation begins.
9243 While still a good idea, this guard is not as vitally important as it
9244 was for the @code{fib} function, since calling, say, @samp{seq(x, [])}
9245 will not get into an infinite loop.  Calc will not be able to prove
9246 the symbol @samp{x} is either even or odd, so none of the rules will
9247 apply and the rewrites will stop right away.
9249 @node Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 4, Answers to Exercises
9250 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 5
9252 @noindent
9253 @ignore
9254 @starindex
9255 @end ignore
9256 @tindex nterms
9257 If @expr{x} is the sum @expr{a + b}, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' must
9258 be `@tfn{nterms(}@var{a}@tfn{)}' plus `@tfn{nterms(}@var{b}@tfn{)}'.  If @expr{x}
9259 is not a sum, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' = 1.
9261 @smallexample
9262 @group
9263 [ nterms(a + b) := nterms(a) + nterms(b),
9264   nterms(x)     := 1 ]
9265 @end group
9266 @end smallexample
9268 @noindent
9269 Here we have taken advantage of the fact that earlier rules always
9270 match before later rules; @samp{nterms(x)} will only be tried if we
9271 already know that @samp{x} is not a sum.
9273 @node Rewrites Answer 6, Programming Answer 1, Rewrites Answer 5, Answers to Exercises
9274 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 6
9276 @noindent
9277 Here is a rule set that will do the job:
9279 @smallexample
9280 @group
9281 [ a*(b + c) := a*b + a*c,
9282   opt(a) O(x^n) + opt(b) O(x^m) := O(x^n) :: n <= m
9283      :: constant(a) :: constant(b),
9284   opt(a) O(x^n) + opt(b) x^m := O(x^n) :: n <= m
9285      :: constant(a) :: constant(b),
9286   a O(x^n) := O(x^n) :: constant(a),
9287   x^opt(m) O(x^n) := O(x^(n+m)),
9288   O(x^n) O(x^m) := O(x^(n+m)) ]
9289 @end group
9290 @end smallexample
9292 If we really want the @kbd{+} and @kbd{*} keys to operate naturally
9293 on power series, we should put these rules in @code{EvalRules}.  For
9294 testing purposes, it is better to put them in a different variable,
9295 say, @code{O}, first.
9297 The first rule just expands products of sums so that the rest of the
9298 rules can assume they have an expanded-out polynomial to work with.
9299 Note that this rule does not mention @samp{O} at all, so it will
9300 apply to any product-of-sum it encounters---this rule may surprise
9301 you if you put it into @code{EvalRules}!
9303 In the second rule, the sum of two O's is changed to the smaller O.
9304 The optional constant coefficients are there mostly so that
9305 @samp{O(x^2) - O(x^3)} and @samp{O(x^3) - O(x^2)} are handled
9306 as well as @samp{O(x^2) + O(x^3)}.
9308 The third rule absorbs higher powers of @samp{x} into O's.
9310 The fourth rule says that a constant times a negligible quantity
9311 is still negligible.  (This rule will also match @samp{O(x^3) / 4},
9312 with @samp{a = 1/4}.)
9314 The fifth rule rewrites, for example, @samp{x^2 O(x^3)} to @samp{O(x^5)}.
9315 (It is easy to see that if one of these forms is negligible, the other
9316 is, too.)  Notice the @samp{x^opt(m)} to pick up terms like
9317 @w{@samp{x O(x^3)}}.  Optional powers will match @samp{x} as @samp{x^1}
9318 but not 1 as @samp{x^0}.  This turns out to be exactly what we want here.
9320 The sixth rule is the corresponding rule for products of two O's.
9322 Another way to solve this problem would be to create a new ``data type''
9323 that represents truncated power series.  We might represent these as
9324 function calls @samp{series(@var{coefs}, @var{x})} where @var{coefs} is
9325 a vector of coefficients for @expr{x^0}, @expr{x^1}, @expr{x^2}, and so
9326 on.  Rules would exist for sums and products of such @code{series}
9327 objects, and as an optional convenience could also know how to combine a
9328 @code{series} object with a normal polynomial.  (With this, and with a
9329 rule that rewrites @samp{O(x^n)} to the equivalent @code{series} form,
9330 you could still enter power series in exactly the same notation as
9331 before.)  Operations on such objects would probably be more efficient,
9332 although the objects would be a bit harder to read.
9334 @c [fix-ref Compositions]
9335 Some other symbolic math programs provide a power series data type
9336 similar to this.  Mathematica, for example, has an object that looks
9337 like @samp{PowerSeries[@var{x}, @var{x0}, @var{coefs}, @var{nmin},
9338 @var{nmax}, @var{den}]}, where @var{x0} is the point about which the
9339 power series is taken (we've been assuming this was always zero),
9340 and @var{nmin}, @var{nmax}, and @var{den} allow pseudo-power-series
9341 with fractional or negative powers.  Also, the @code{PowerSeries}
9342 objects have a special display format that makes them look like
9343 @samp{2 x^2 + O(x^4)} when they are printed out.  (@xref{Compositions},
9344 for a way to do this in Calc, although for something as involved as
9345 this it would probably be better to write the formatting routine
9346 in Lisp.)
9348 @node Programming Answer 1, Programming Answer 2, Rewrites Answer 6, Answers to Exercises
9349 @subsection Programming Tutorial Exercise 1
9351 @noindent
9352 Just enter the formula @samp{ninteg(sin(t)/t, t, 0, x)}, type
9353 @kbd{Z F}, and answer the questions.  Since this formula contains two
9354 variables, the default argument list will be @samp{(t x)}.  We want to
9355 change this to @samp{(x)} since @expr{t} is really a dummy variable
9356 to be used within @code{ninteg}.
9358 The exact keystrokes are @kbd{Z F s Si @key{RET} @key{RET} C-b C-b @key{DEL} @key{DEL} @key{RET} y}.
9359 (The @kbd{C-b C-b @key{DEL} @key{DEL}} are what fix the argument list.)
9361 @node Programming Answer 2, Programming Answer 3, Programming Answer 1, Answers to Exercises
9362 @subsection Programming Tutorial Exercise 2
9364 @noindent
9365 One way is to move the number to the top of the stack, operate on
9366 it, then move it back:  @kbd{C-x ( M-@key{TAB} n M-@key{TAB} M-@key{TAB} C-x )}.
9368 Another way is to negate the top three stack entries, then negate
9369 again the top two stack entries:  @kbd{C-x ( M-3 n M-2 n C-x )}.
9371 Finally, it turns out that a negative prefix argument causes a
9372 command like @kbd{n} to operate on the specified stack entry only,
9373 which is just what we want:  @kbd{C-x ( M-- 3 n C-x )}.
9375 Just for kicks, let's also do it algebraically:
9376 @w{@kbd{C-x ( ' -$$$, $$, $ @key{RET} C-x )}}.
9378 @node Programming Answer 3, Programming Answer 4, Programming Answer 2, Answers to Exercises
9379 @subsection Programming Tutorial Exercise 3
9381 @noindent
9382 Each of these functions can be computed using the stack, or using
9383 algebraic entry, whichever way you prefer:
9385 @noindent
9386 Computing 
9387 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}}:
9388 @infoline @expr{sin(x) / x}:
9390 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{RET} S @key{TAB} /  C-x )}.
9392 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' sin($)/$ @key{RET}  C-x )}.
9394 @noindent
9395 Computing the logarithm:
9397 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{TAB} B  C-x )}
9399 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' log($,$$) @key{RET}  C-x )}.
9401 @noindent
9402 Computing the vector of integers:
9404 Using the stack:  @kbd{C-x (  1 @key{RET} 1  C-u v x  C-x )}.  (Recall that
9405 @kbd{C-u v x} takes the vector size, starting value, and increment
9406 from the stack.)
9408 Alternatively:  @kbd{C-x (  ~ v x  C-x )}.  (The @kbd{~} key pops a
9409 number from the stack and uses it as the prefix argument for the
9410 next command.)
9412 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' index($) @key{RET}  C-x )}.
9414 @node Programming Answer 4, Programming Answer 5, Programming Answer 3, Answers to Exercises
9415 @subsection Programming Tutorial Exercise 4
9417 @noindent
9418 Here's one way:  @kbd{C-x ( @key{RET} V R + @key{TAB} v l / C-x )}.
9420 @node Programming Answer 5, Programming Answer 6, Programming Answer 4, Answers to Exercises
9421 @subsection Programming Tutorial Exercise 5
9423 @smallexample
9424 @group
9425 2:  1              1:  1.61803398502         2:  1.61803398502
9426 1:  20                 .                     1:  1.61803398875
9427     .                                            .
9429    1 @key{RET} 20         Z < & 1 + Z >                I H P
9430 @end group
9431 @end smallexample
9433 @noindent
9434 This answer is quite accurate.
9436 @node Programming Answer 6, Programming Answer 7, Programming Answer 5, Answers to Exercises
9437 @subsection Programming Tutorial Exercise 6
9439 @noindent
9440 Here is the matrix:
9442 @example
9443 [ [ 0, 1 ]   * [a, b] = [b, a + b]
9444   [ 1, 1 ] ]
9445 @end example
9447 @noindent
9448 Thus @samp{[0, 1; 1, 1]^n * [1, 1]} computes Fibonacci numbers @expr{n+1}
9449 and @expr{n+2}.  Here's one program that does the job:
9451 @example
9452 C-x ( ' [0, 1; 1, 1] ^ ($-1) * [1, 1] @key{RET} v u @key{DEL} C-x )
9453 @end example
9455 @noindent
9456 This program is quite efficient because Calc knows how to raise a
9457 matrix (or other value) to the power @expr{n} in only 
9458 @texline @math{\log_2 n}
9459 @infoline @expr{log(n,2)}
9460 steps.  For example, this program can compute the 1000th Fibonacci
9461 number (a 209-digit integer!) in about 10 steps; even though the
9462 @kbd{Z < ... Z >} solution had much simpler steps, it would have
9463 required so many steps that it would not have been practical.
9465 @node Programming Answer 7, Programming Answer 8, Programming Answer 6, Answers to Exercises
9466 @subsection Programming Tutorial Exercise 7
9468 @noindent
9469 The trick here is to compute the harmonic numbers differently, so that
9470 the loop counter itself accumulates the sum of reciprocals.  We use
9471 a separate variable to hold the integer counter.
9473 @smallexample
9474 @group
9475 1:  1          2:  1       1:  .
9476     .          1:  4
9477                    .
9479     1 t 1       1 @key{RET} 4      Z ( t 2 r 1 1 + s 1 & Z )
9480 @end group
9481 @end smallexample
9483 @noindent
9484 The body of the loop goes as follows:  First save the harmonic sum
9485 so far in variable 2.  Then delete it from the stack; the for loop
9486 itself will take care of remembering it for us.  Next, recall the
9487 count from variable 1, add one to it, and feed its reciprocal to
9488 the for loop to use as the step value.  The for loop will increase
9489 the ``loop counter'' by that amount and keep going until the
9490 loop counter exceeds 4.
9492 @smallexample
9493 @group
9494 2:  31                  3:  31
9495 1:  3.99498713092       2:  3.99498713092
9496     .                   1:  4.02724519544
9497                             .
9499     r 1 r 2                 @key{RET} 31 & +
9500 @end group
9501 @end smallexample
9503 Thus we find that the 30th harmonic number is 3.99, and the 31st
9504 harmonic number is 4.02.
9506 @node Programming Answer 8, Programming Answer 9, Programming Answer 7, Answers to Exercises
9507 @subsection Programming Tutorial Exercise 8
9509 @noindent
9510 The first step is to compute the derivative @expr{f'(x)} and thus
9511 the formula 
9512 @texline @math{\displaystyle{x - {f(x) \over f'(x)}}}.
9513 @infoline @expr{x - f(x)/f'(x)}.
9515 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9516 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9517 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9518 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9519 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9520 just for purposes of illustration.)
9522 @smallexample
9523 @group
9524 2:  sin(cos(x)) - 0.5            3:  4.5
9525 1:  4.5                          2:  sin(cos(x)) - 0.5
9526     .                            1:  -(sin(x) cos(cos(x)))
9527                                      .
9529 ' sin(cos(x))-0.5 @key{RET} 4.5  m r  C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}
9531 @end group
9532 @end smallexample
9533 @noindent
9534 @smallexample
9535 @group
9536 2:  4.5
9537 1:  x + (sin(cos(x)) - 0.5) / sin(x) cos(cos(x))
9538     .
9540     /  ' x @key{RET} @key{TAB} -   t 1
9541 @end group
9542 @end smallexample
9544 Now, we enter the loop.  We'll use a repeat loop with a 20-repetition
9545 limit just in case the method fails to converge for some reason.
9546 (Normally, the @w{@kbd{Z /}} command will stop the loop before all 20
9547 repetitions are done.)
9549 @smallexample
9550 @group
9551 1:  4.5         3:  4.5                     2:  4.5
9552     .           2:  x + (sin(cos(x)) ...    1:  5.24196456928
9553                 1:  4.5                         .
9554                     .
9556   20 Z <          @key{RET} r 1 @key{TAB}                 s l x @key{RET}
9557 @end group
9558 @end smallexample
9560 This is the new guess for @expr{x}.  Now we compare it with the
9561 old one to see if we've converged.
9563 @smallexample
9564 @group
9565 3:  5.24196     2:  5.24196     1:  5.24196     1:  5.26345856348
9566 2:  5.24196     1:  0               .               .
9567 1:  4.5             .
9568     .
9570   @key{RET} M-@key{TAB}         a =             Z /             Z > Z ' C-x )
9571 @end group
9572 @end smallexample
9574 The loop converges in just a few steps to this value.  To check
9575 the result, we can simply substitute it back into the equation.
9577 @smallexample
9578 @group
9579 2:  5.26345856348
9580 1:  0.499999999997
9581     .
9583  @key{RET} ' sin(cos($)) @key{RET}
9584 @end group
9585 @end smallexample
9587 Let's test the new definition again:
9589 @smallexample
9590 @group
9591 2:  x^2 - 9           1:  3.
9592 1:  1                     .
9593     .
9595   ' x^2-9 @key{RET} 1           X
9596 @end group
9597 @end smallexample
9599 Once again, here's the full Newton's Method definition:
9601 @example
9602 @group
9603 C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}  /  ' x @key{RET} @key{TAB} -  t 1
9604            20 Z <  @key{RET} r 1 @key{TAB}  s l x @key{RET}
9605                    @key{RET} M-@key{TAB}  a =  Z /
9606               Z >
9607       Z '
9608 C-x )
9609 @end group
9610 @end example
9612 @c [fix-ref Nesting and Fixed Points]
9613 It turns out that Calc has a built-in command for applying a formula
9614 repeatedly until it converges to a number.  @xref{Nesting and Fixed Points},
9615 to see how to use it.
9617 @c [fix-ref Root Finding]
9618 Also, of course, @kbd{a R} is a built-in command that uses Newton's
9619 method (among others) to look for numerical solutions to any equation.
9620 @xref{Root Finding}.
9622 @node Programming Answer 9, Programming Answer 10, Programming Answer 8, Answers to Exercises
9623 @subsection Programming Tutorial Exercise 9
9625 @noindent
9626 The first step is to adjust @expr{z} to be greater than 5.  A simple
9627 ``for'' loop will do the job here.  If @expr{z} is less than 5, we
9628 reduce the problem using 
9629 @texline @math{\psi(z) = \psi(z+1) - 1/z}.
9630 @infoline @expr{psi(z) = psi(z+1) - 1/z}.  We go
9631 on to compute 
9632 @texline @math{\psi(z+1)},
9633 @infoline @expr{psi(z+1)}, 
9634 and remember to add back a factor of @expr{-1/z} when we're done.  This
9635 step is repeated until @expr{z > 5}.
9637 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9638 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9639 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9640 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9641 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9642 just for purposes of illustration.)
9644 @smallexample
9645 @group
9646 1:  1.             1:  1.
9647     .                  .
9649  1.0 @key{RET}       C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9650 @end group
9651 @end smallexample
9653 Here, variable 1 holds @expr{z} and variable 2 holds the adjustment
9654 factor.  If @expr{z < 5}, we use a loop to increase it.
9656 (By the way, we started with @samp{1.0} instead of the integer 1 because
9657 otherwise the calculation below will try to do exact fractional arithmetic,
9658 and will never converge because fractions compare equal only if they
9659 are exactly equal, not just equal to within the current precision.)
9661 @smallexample
9662 @group
9663 3:  1.      2:  1.       1:  6.
9664 2:  1.      1:  1            .
9665 1:  5           .
9666     .
9668   @key{RET} 5        a <    Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9669 @end group
9670 @end smallexample
9672 Now we compute the initial part of the sum:  
9673 @texline @math{\ln z - {1 \over 2z}}
9674 @infoline @expr{ln(z) - 1/2z}
9675 minus the adjustment factor.
9677 @smallexample
9678 @group
9679 2:  1.79175946923      2:  1.7084261359      1:  -0.57490719743
9680 1:  0.0833333333333    1:  2.28333333333         .
9681     .                      .
9683     L  r 1 2 * &           -  r 2                -
9684 @end group
9685 @end smallexample
9687 Now we evaluate the series.  We'll use another ``for'' loop counting
9688 up the value of @expr{2 n}.  (Calc does have a summation command,
9689 @kbd{a +}, but we'll use loops just to get more practice with them.)
9691 @smallexample
9692 @group
9693 3:  -0.5749       3:  -0.5749        4:  -0.5749      2:  -0.5749
9694 2:  2             2:  1:6            3:  1:6          1:  2.3148e-3
9695 1:  40            1:  2              2:  2                .
9696     .                 .              1:  36.
9697                                          .
9699    2 @key{RET} 40        Z ( @key{RET} k b @key{TAB}     @key{RET} r 1 @key{TAB} ^      * /
9701 @end group
9702 @end smallexample
9703 @noindent
9704 @smallexample
9705 @group
9706 3:  -0.5749       3:  -0.5772      2:  -0.5772     1:  -0.577215664892
9707 2:  -0.5749       2:  -0.5772      1:  0               .
9708 1:  2.3148e-3     1:  -0.5749          .
9709     .                 .
9711   @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}       - @key{RET} M-@key{TAB}      a =     Z /    2  Z )  Z ' C-x )
9712 @end group
9713 @end smallexample
9715 This is the value of 
9716 @texline @math{-\gamma},
9717 @infoline @expr{- gamma}, 
9718 with a slight bit of roundoff error.  To get a full 12 digits, let's use
9719 a higher precision:
9721 @smallexample
9722 @group
9723 2:  -0.577215664892      2:  -0.577215664892
9724 1:  1.                   1:  -0.577215664901532
9726     1. @key{RET}                   p 16 @key{RET} X
9727 @end group
9728 @end smallexample
9730 Here's the complete sequence of keystrokes:
9732 @example
9733 @group
9734 C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9735            @key{RET} 5 a <  Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9736            L r 1 2 * & - r 2 -
9737            2 @key{RET} 40  Z (  @key{RET} k b @key{TAB} @key{RET} r 1 @key{TAB} ^ * /
9738                           @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} - @key{RET} M-@key{TAB} a = Z /
9739                   2  Z )
9740       Z '
9741 C-x )
9742 @end group
9743 @end example
9745 @node Programming Answer 10, Programming Answer 11, Programming Answer 9, Answers to Exercises
9746 @subsection Programming Tutorial Exercise 10
9748 @noindent
9749 Taking the derivative of a term of the form @expr{x^n} will produce
9750 a term like 
9751 @texline @math{n x^{n-1}}.
9752 @infoline @expr{n x^(n-1)}.  
9753 Taking the derivative of a constant
9754 produces zero.  From this it is easy to see that the @expr{n}th
9755 derivative of a polynomial, evaluated at @expr{x = 0}, will equal the
9756 coefficient on the @expr{x^n} term times @expr{n!}.
9758 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9759 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9760 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9761 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9762 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9763 just for purposes of illustration.)
9765 @smallexample
9766 @group
9767 2:  5 x^4 + (x + 1)^2          3:  5 x^4 + (x + 1)^2
9768 1:  6                          2:  0
9769     .                          1:  6
9770                                    .
9772   ' 5 x^4 + (x+1)^2 @key{RET} 6        C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9773 @end group
9774 @end smallexample
9776 @noindent
9777 Variable 1 will accumulate the vector of coefficients.
9779 @smallexample
9780 @group
9781 2:  0              3:  0                  2:  5 x^4 + ...
9782 1:  5 x^4 + ...    2:  5 x^4 + ...        1:  1
9783     .              1:  1                      .
9784                        .
9786    Z ( @key{TAB}         @key{RET} 0 s l x @key{RET}            M-@key{TAB} ! /  s | 1
9787 @end group
9788 @end smallexample
9790 @noindent
9791 Note that @kbd{s | 1} appends the top-of-stack value to the vector
9792 in a variable; it is completely analogous to @kbd{s + 1}.  We could
9793 have written instead, @kbd{r 1 @key{TAB} | t 1}.
9795 @smallexample
9796 @group
9797 1:  20 x^3 + 2 x + 2      1:  0         1:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9798     .                         .             .
9800     a d x @key{RET}                 1 Z )         @key{DEL} r 1  Z ' C-x )
9801 @end group
9802 @end smallexample
9804 To convert back, a simple method is just to map the coefficients
9805 against a table of powers of @expr{x}.
9807 @smallexample
9808 @group
9809 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9810 1:  6                        1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
9811     .                            .
9813     6 @key{RET}                        1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x
9815 @end group
9816 @end smallexample
9817 @noindent
9818 @smallexample
9819 @group
9820 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  1 + 2 x + x^2 + 5 x^4
9821 1:  [1, x, x^2, x^3, ... ]       .
9822     .
9824     ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^            *
9825 @end group
9826 @end smallexample
9828 Once again, here are the whole polynomial to/from vector programs:
9830 @example
9831 @group
9832 C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9833            Z (  @key{TAB} @key{RET} 0 s l x @key{RET} M-@key{TAB} ! /  s | 1
9834                 a d x @key{RET}
9835          1 Z ) r 1
9836       Z '
9837 C-x )
9839 C-x (  1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^ *  C-x )
9840 @end group
9841 @end example
9843 @node Programming Answer 11, Programming Answer 12, Programming Answer 10, Answers to Exercises
9844 @subsection Programming Tutorial Exercise 11
9846 @noindent
9847 First we define a dummy program to go on the @kbd{z s} key.  The true
9848 @w{@kbd{z s}} key is supposed to take two numbers from the stack and
9849 return one number, so @key{DEL} as a dummy definition will make
9850 sure the stack comes out right.
9852 @smallexample
9853 @group
9854 2:  4          1:  4                         2:  4
9855 1:  2              .                         1:  2
9856     .                                            .
9858   4 @key{RET} 2       C-x ( @key{DEL} C-x )  Z K s @key{RET}       2
9859 @end group
9860 @end smallexample
9862 The last step replaces the 2 that was eaten during the creation
9863 of the dummy @kbd{z s} command.  Now we move on to the real
9864 definition.  The recurrence needs to be rewritten slightly,
9865 to the form @expr{s(n,m) = s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m)}.
9867 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9868 below.  You can use @kbd{C-x * m} to load it from there.)
9870 @smallexample
9871 @group
9872 2:  4        4:  4       3:  4       2:  4
9873 1:  2        3:  2       2:  2       1:  2
9874     .        2:  4       1:  0           .
9875              1:  2           .
9876                  .
9878   C-x (       M-2 @key{RET}        a =         Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1  Z :
9880 @end group
9881 @end smallexample
9882 @noindent
9883 @smallexample
9884 @group
9885 4:  4       2:  4                     2:  3      4:  3    4:  3    3:  3
9886 3:  2       1:  2                     1:  2      3:  2    3:  2    2:  2
9887 2:  2           .                         .      2:  3    2:  3    1:  3
9888 1:  0                                            1:  2    1:  1        .
9889     .                                                .        .
9891   @key{RET} 0   a = Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0  Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB}   M-2 @key{RET}     1 -      z s
9892 @end group
9893 @end smallexample
9895 @noindent
9896 (Note that the value 3 that our dummy @kbd{z s} produces is not correct;
9897 it is merely a placeholder that will do just as well for now.)
9899 @smallexample
9900 @group
9901 3:  3               4:  3           3:  3       2:  3      1:  -6
9902 2:  3               3:  3           2:  3       1:  9          .
9903 1:  2               2:  3           1:  3           .
9904     .               1:  2               .
9905                         .
9907  M-@key{TAB} M-@key{TAB}     @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}         z s          *          -
9909 @end group
9910 @end smallexample
9911 @noindent
9912 @smallexample
9913 @group
9914 1:  -6                          2:  4          1:  11      2:  11
9915     .                           1:  2              .       1:  11
9916                                     .                          .
9918   Z ] Z ] C-x )   Z K s @key{RET}      @key{DEL} 4 @key{RET} 2       z s      M-@key{RET} k s
9919 @end group
9920 @end smallexample
9922 Even though the result that we got during the definition was highly
9923 bogus, once the definition is complete the @kbd{z s} command gets
9924 the right answers.
9926 Here's the full program once again:
9928 @example
9929 @group
9930 C-x (  M-2 @key{RET} a =
9931        Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1
9932        Z :  @key{RET} 0 a =
9933             Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0
9934             Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB} M-2 @key{RET} 1 - z s
9935                  M-@key{TAB} M-@key{TAB} @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} z s * -
9936             Z ]
9937        Z ]
9938 C-x )
9939 @end group
9940 @end example
9942 You can read this definition using @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro})
9943 followed by @kbd{Z K s}, without having to make a dummy definition
9944 first, because @code{read-kbd-macro} doesn't need to execute the
9945 definition as it reads it in.  For this reason, @code{C-x * m} is often
9946 the easiest way to create recursive programs in Calc.
9948 @node Programming Answer 12, , Programming Answer 11, Answers to Exercises
9949 @subsection Programming Tutorial Exercise 12
9951 @noindent
9952 This turns out to be a much easier way to solve the problem.  Let's
9953 denote Stirling numbers as calls of the function @samp{s}.
9955 First, we store the rewrite rules corresponding to the definition of
9956 Stirling numbers in a convenient variable:
9958 @smallexample
9959 s e StirlingRules @key{RET}
9960 [ s(n,n) := 1  :: n >= 0,
9961   s(n,0) := 0  :: n > 0,
9962   s(n,m) := s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m) :: n >= m :: m >= 1 ]
9963 C-c C-c
9964 @end smallexample
9966 Now, it's just a matter of applying the rules:
9968 @smallexample
9969 @group
9970 2:  4          1:  s(4, 2)              1:  11
9971 1:  2              .                        .
9972     .
9974   4 @key{RET} 2       C-x (  ' s($$,$) @key{RET}     a r StirlingRules @key{RET}  C-x )
9975 @end group
9976 @end smallexample
9978 As in the case of the @code{fib} rules, it would be useful to put these
9979 rules in @code{EvalRules} and to add a @samp{:: remember} condition to
9980 the last rule.
9982 @c This ends the table-of-contents kludge from above:
9983 @tex
9984 \global\let\chapternofonts=\oldchapternofonts
9985 @end tex
9987 @c [reference]
9989 @node Introduction, Data Types, Tutorial, Top
9990 @chapter Introduction
9992 @noindent
9993 This chapter is the beginning of the Calc reference manual.
9994 It covers basic concepts such as the stack, algebraic and
9995 numeric entry, undo, numeric prefix arguments, etc.
9997 @c [when-split]
9998 @c (Chapter 2, the Tutorial, has been printed in a separate volume.)
10000 @menu
10001 * Basic Commands::
10002 * Help Commands::
10003 * Stack Basics::
10004 * Numeric Entry::
10005 * Algebraic Entry::
10006 * Quick Calculator::
10007 * Prefix Arguments::
10008 * Undo::
10009 * Error Messages::
10010 * Multiple Calculators::
10011 * Troubleshooting Commands::
10012 @end menu
10014 @node Basic Commands, Help Commands, Introduction, Introduction
10015 @section Basic Commands
10017 @noindent
10018 @pindex calc
10019 @pindex calc-mode
10020 @cindex Starting the Calculator
10021 @cindex Running the Calculator
10022 To start the Calculator in its standard interface, type @kbd{M-x calc}.
10023 By default this creates a pair of small windows, @samp{*Calculator*}
10024 and @samp{*Calc Trail*}.  The former displays the contents of the
10025 Calculator stack and is manipulated exclusively through Calc commands.
10026 It is possible (though not usually necessary) to create several Calc
10027 mode buffers each of which has an independent stack, undo list, and
10028 mode settings.  There is exactly one Calc Trail buffer; it records a
10029 list of the results of all calculations that have been done.  The
10030 Calc Trail buffer uses a variant of Calc mode, so Calculator commands
10031 still work when the trail buffer's window is selected.  It is possible
10032 to turn the trail window off, but the @samp{*Calc Trail*} buffer itself
10033 still exists and is updated silently.  @xref{Trail Commands}.
10035 @kindex C-x * c
10036 @kindex C-x * *
10037 @ignore
10038 @mindex @null
10039 @end ignore
10040 In most installations, the @kbd{C-x * c} key sequence is a more
10041 convenient way to start the Calculator.  Also, @kbd{C-x * *} 
10042 is a synonym for @kbd{C-x * c} unless you last used Calc
10043 in its Keypad mode.
10045 @kindex x
10046 @kindex M-x
10047 @pindex calc-execute-extended-command
10048 Most Calc commands use one or two keystrokes.  Lower- and upper-case
10049 letters are distinct.  Commands may also be entered in full @kbd{M-x} form;
10050 for some commands this is the only form.  As a convenience, the @kbd{x}
10051 key (@code{calc-execute-extended-command})
10052 is like @kbd{M-x} except that it enters the initial string @samp{calc-}
10053 for you.  For example, the following key sequences are equivalent:
10054 @kbd{S}, @kbd{M-x calc-sin @key{RET}}, @kbd{x sin @key{RET}}.
10056 @cindex Extensions module
10057 @cindex @file{calc-ext} module
10058 The Calculator exists in many parts.  When you type @kbd{C-x * c}, the
10059 Emacs ``auto-load'' mechanism will bring in only the first part, which
10060 contains the basic arithmetic functions.  The other parts will be
10061 auto-loaded the first time you use the more advanced commands like trig
10062 functions or matrix operations.  This is done to improve the response time
10063 of the Calculator in the common case when all you need to do is a
10064 little arithmetic.  If for some reason the Calculator fails to load an
10065 extension module automatically, you can force it to load all the
10066 extensions by using the @kbd{C-x * L} (@code{calc-load-everything})
10067 command.  @xref{Mode Settings}.
10069 If you type @kbd{M-x calc} or @kbd{C-x * c} with any numeric prefix argument,
10070 the Calculator is loaded if necessary, but it is not actually started.
10071 If the argument is positive, the @file{calc-ext} extensions are also
10072 loaded if necessary.  User-written Lisp code that wishes to make use
10073 of Calc's arithmetic routines can use @samp{(calc 0)} or @samp{(calc 1)}
10074 to auto-load the Calculator.
10076 @kindex C-x * b
10077 @pindex full-calc
10078 If you type @kbd{C-x * b}, then next time you use @kbd{C-x * c} you
10079 will get a Calculator that uses the full height of the Emacs screen.
10080 When full-screen mode is on, @kbd{C-x * c} runs the @code{full-calc}
10081 command instead of @code{calc}.  From the Unix shell you can type
10082 @samp{emacs -f full-calc} to start a new Emacs specifically for use
10083 as a calculator.  When Calc is started from the Emacs command line
10084 like this, Calc's normal ``quit'' commands actually quit Emacs itself.
10086 @kindex C-x * o
10087 @pindex calc-other-window
10088 The @kbd{C-x * o} command is like @kbd{C-x * c} except that the Calc
10089 window is not actually selected.  If you are already in the Calc
10090 window, @kbd{C-x * o} switches you out of it.  (The regular Emacs
10091 @kbd{C-x o} command would also work for this, but it has a
10092 tendency to drop you into the Calc Trail window instead, which
10093 @kbd{C-x * o} takes care not to do.)
10095 @ignore
10096 @mindex C-x * q
10097 @end ignore
10098 For one quick calculation, you can type @kbd{C-x * q} (@code{quick-calc})
10099 which prompts you for a formula (like @samp{2+3/4}).  The result is
10100 displayed at the bottom of the Emacs screen without ever creating
10101 any special Calculator windows.  @xref{Quick Calculator}.
10103 @ignore
10104 @mindex C-x * k
10105 @end ignore
10106 Finally, if you are using the X window system you may want to try
10107 @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) which runs Calc with a
10108 ``calculator keypad'' picture as well as a stack display.  Click on
10109 the keys with the mouse to operate the calculator.  @xref{Keypad Mode}.
10111 @kindex q
10112 @pindex calc-quit
10113 @cindex Quitting the Calculator
10114 @cindex Exiting the Calculator
10115 The @kbd{q} key (@code{calc-quit}) exits Calc mode and closes the
10116 Calculator's window(s).  It does not delete the Calculator buffers.
10117 If you type @kbd{M-x calc} again, the Calculator will reappear with the
10118 contents of the stack intact.  Typing @kbd{C-x * c} or @kbd{C-x * *}
10119 again from inside the Calculator buffer is equivalent to executing
10120 @code{calc-quit}; you can think of @kbd{C-x * *} as toggling the
10121 Calculator on and off.
10123 @kindex C-x * x
10124 The @kbd{C-x * x} command also turns the Calculator off, no matter which
10125 user interface (standard, Keypad, or Embedded) is currently active.
10126 It also cancels @code{calc-edit} mode if used from there.
10128 @kindex d @key{SPC}
10129 @pindex calc-refresh
10130 @cindex Refreshing a garbled display
10131 @cindex Garbled displays, refreshing
10132 The @kbd{d @key{SPC}} key sequence (@code{calc-refresh}) redraws the contents
10133 of the Calculator buffer from memory.  Use this if the contents of the
10134 buffer have been damaged somehow.
10136 @ignore
10137 @mindex o
10138 @end ignore
10139 The @kbd{o} key (@code{calc-realign}) moves the cursor back to its
10140 ``home'' position at the bottom of the Calculator buffer.
10142 @kindex <
10143 @kindex >
10144 @pindex calc-scroll-left
10145 @pindex calc-scroll-right
10146 @cindex Horizontal scrolling
10147 @cindex Scrolling
10148 @cindex Wide text, scrolling
10149 The @kbd{<} and @kbd{>} keys are bound to @code{calc-scroll-left} and
10150 @code{calc-scroll-right}.  These are just like the normal horizontal
10151 scrolling commands except that they scroll one half-screen at a time by
10152 default.  (Calc formats its output to fit within the bounds of the
10153 window whenever it can.)
10155 @kindex @{
10156 @kindex @}
10157 @pindex calc-scroll-down
10158 @pindex calc-scroll-up
10159 @cindex Vertical scrolling
10160 The @kbd{@{} and @kbd{@}} keys are bound to @code{calc-scroll-down}
10161 and @code{calc-scroll-up}.  They scroll up or down by one-half the
10162 height of the Calc window.
10164 @kindex C-x * 0
10165 @pindex calc-reset
10166 The @kbd{C-x * 0} command (@code{calc-reset}; that's @kbd{C-x *} followed
10167 by a zero) resets the Calculator to its initial state.  This clears
10168 the stack, resets all the modes to their initial values (the values
10169 that were saved with @kbd{m m} (@code{calc-save-modes})), clears the
10170 caches (@pxref{Caches}), and so on.  (It does @emph{not} erase the
10171 values of any variables.) With an argument of 0, Calc will be reset to
10172 its default state; namely, the modes will be given their default values.
10173 With a positive prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of
10174 the stack but resets everything else to its initial state; with a
10175 negative prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of the
10176 stack but resets everything else to its default state.
10178 @pindex calc-version
10179 The @kbd{M-x calc-version} command displays the current version number
10180 of Calc and the name of the person who installed it on your system.
10181 (This information is also present in the @samp{*Calc Trail*} buffer,
10182 and in the output of the @kbd{h h} command.)
10184 @node Help Commands, Stack Basics, Basic Commands, Introduction
10185 @section Help Commands
10187 @noindent
10188 @cindex Help commands
10189 @kindex ?
10190 @pindex calc-help
10191 The @kbd{?} key (@code{calc-help}) displays a series of brief help messages.
10192 Some keys (such as @kbd{b} and @kbd{d}) are prefix keys, like Emacs'
10193 @key{ESC} and @kbd{C-x} prefixes.  You can type
10194 @kbd{?} after a prefix to see a list of commands beginning with that
10195 prefix.  (If the message includes @samp{[MORE]}, press @kbd{?} again
10196 to see additional commands for that prefix.)
10198 @kindex h h
10199 @pindex calc-full-help
10200 The @kbd{h h} (@code{calc-full-help}) command displays all the @kbd{?}
10201 responses at once.  When printed, this makes a nice, compact (three pages)
10202 summary of Calc keystrokes.
10204 In general, the @kbd{h} key prefix introduces various commands that
10205 provide help within Calc.  Many of the @kbd{h} key functions are
10206 Calc-specific analogues to the @kbd{C-h} functions for Emacs help.
10208 @kindex h i
10209 @kindex C-x * i
10210 @kindex i
10211 @pindex calc-info
10212 The @kbd{h i} (@code{calc-info}) command runs the Emacs Info system
10213 to read this manual on-line.  This is basically the same as typing
10214 @kbd{C-h i} (the regular way to run the Info system), then, if Info
10215 is not already in the Calc manual, selecting the beginning of the
10216 manual.  The @kbd{C-x * i} command is another way to read the Calc
10217 manual; it is different from @kbd{h i} in that it works any time,
10218 not just inside Calc.  The plain @kbd{i} key is also equivalent to
10219 @kbd{h i}, though this key is obsolete and may be replaced with a
10220 different command in a future version of Calc.
10222 @kindex h t
10223 @kindex C-x * t
10224 @pindex calc-tutorial
10225 The @kbd{h t} (@code{calc-tutorial}) command runs the Info system on
10226 the Tutorial section of the Calc manual.  It is like @kbd{h i},
10227 except that it selects the starting node of the tutorial rather
10228 than the beginning of the whole manual.  (It actually selects the
10229 node ``Interactive Tutorial'' which tells a few things about
10230 using the Info system before going on to the actual tutorial.)
10231 The @kbd{C-x * t} key is equivalent to @kbd{h t} (but it works at
10232 all times).
10234 @kindex h s
10235 @kindex C-x * s
10236 @pindex calc-info-summary
10237 The @kbd{h s} (@code{calc-info-summary}) command runs the Info system
10238 on the Summary node of the Calc manual.  @xref{Summary}.  The @kbd{C-x * s}
10239 key is equivalent to @kbd{h s}.
10241 @kindex h k
10242 @pindex calc-describe-key
10243 The @kbd{h k} (@code{calc-describe-key}) command looks up a key
10244 sequence in the Calc manual.  For example, @kbd{h k H a S} looks
10245 up the documentation on the @kbd{H a S} (@code{calc-solve-for})
10246 command.  This works by looking up the textual description of
10247 the key(s) in the Key Index of the manual, then jumping to the
10248 node indicated by the index.
10250 Most Calc commands do not have traditional Emacs documentation
10251 strings, since the @kbd{h k} command is both more convenient and
10252 more instructive.  This means the regular Emacs @kbd{C-h k}
10253 (@code{describe-key}) command will not be useful for Calc keystrokes.
10255 @kindex h c
10256 @pindex calc-describe-key-briefly
10257 The @kbd{h c} (@code{calc-describe-key-briefly}) command reads a
10258 key sequence and displays a brief one-line description of it at
10259 the bottom of the screen.  It looks for the key sequence in the
10260 Summary node of the Calc manual; if it doesn't find the sequence
10261 there, it acts just like its regular Emacs counterpart @kbd{C-h c}
10262 (@code{describe-key-briefly}).  For example, @kbd{h c H a S}
10263 gives the description:
10265 @smallexample
10266 H a S runs calc-solve-for:  a `H a S' v  => fsolve(a,v)  (?=notes)
10267 @end smallexample
10269 @noindent
10270 which means the command @kbd{H a S} or @kbd{H M-x calc-solve-for}
10271 takes a value @expr{a} from the stack, prompts for a value @expr{v},
10272 then applies the algebraic function @code{fsolve} to these values.
10273 The @samp{?=notes} message means you can now type @kbd{?} to see
10274 additional notes from the summary that apply to this command.
10276 @kindex h f
10277 @pindex calc-describe-function
10278 The @kbd{h f} (@code{calc-describe-function}) command looks up an
10279 algebraic function or a command name in the Calc manual.  Enter an
10280 algebraic function name to look up that function in the Function
10281 Index or enter a command name beginning with @samp{calc-} to look it 
10282 up in the Command Index.  This command will also look up operator
10283 symbols that can appear in algebraic formulas, like @samp{%} and 
10284 @samp{=>}.
10286 @kindex h v
10287 @pindex calc-describe-variable
10288 The @kbd{h v} (@code{calc-describe-variable}) command looks up a
10289 variable in the Calc manual.  Enter a variable name like @code{pi} or
10290 @code{PlotRejects}.
10292 @kindex h b
10293 @pindex describe-bindings
10294 The @kbd{h b} (@code{calc-describe-bindings}) command is just like
10295 @kbd{C-h b}, except that only local (Calc-related) key bindings are
10296 listed.
10298 @kindex h n
10299 The @kbd{h n} or @kbd{h C-n} (@code{calc-view-news}) command displays
10300 the ``news'' or change history of Calc.  This is kept in the file
10301 @file{README}, which Calc looks for in the same directory as the Calc
10302 source files.
10304 @kindex h C-c
10305 @kindex h C-d
10306 @kindex h C-w
10307 The @kbd{h C-c}, @kbd{h C-d}, and @kbd{h C-w} keys display copying,
10308 distribution, and warranty information about Calc.  These work by
10309 pulling up the appropriate parts of the ``Copying'' or ``Reporting
10310 Bugs'' sections of the manual.
10312 @node Stack Basics, Numeric Entry, Help Commands, Introduction
10313 @section Stack Basics
10315 @noindent
10316 @cindex Stack basics
10317 @c [fix-tut RPN Calculations and the Stack]
10318 Calc uses RPN notation.  If you are not familiar with RPN, @pxref{RPN
10319 Tutorial}.
10321 To add the numbers 1 and 2 in Calc you would type the keys:
10322 @kbd{1 @key{RET} 2 +}.
10323 (@key{RET} corresponds to the @key{ENTER} key on most calculators.)
10324 The first three keystrokes ``push'' the numbers 1 and 2 onto the stack.  The
10325 @kbd{+} key always ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
10326 and pushes the result (3) back onto the stack.  This number is ready for
10327 further calculations:  @kbd{5 -} pushes 5 onto the stack, then pops the
10328 3 and 5, subtracts them, and pushes the result (@mathit{-2}).
10330 Note that the ``top'' of the stack actually appears at the @emph{bottom}
10331 of the buffer.  A line containing a single @samp{.} character signifies
10332 the end of the buffer; Calculator commands operate on the number(s)
10333 directly above this line.  The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack})
10334 command allows you to move the @samp{.} marker up and down in the stack;
10335 @pxref{Truncating the Stack}.
10337 @kindex d l
10338 @pindex calc-line-numbering
10339 Stack elements are numbered consecutively, with number 1 being the top of
10340 the stack.  These line numbers are ordinarily displayed on the lefthand side
10341 of the window.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) command controls
10342 whether these numbers appear.  (Line numbers may be turned off since they
10343 slow the Calculator down a bit and also clutter the display.)
10345 @kindex o
10346 @pindex calc-realign
10347 The unshifted letter @kbd{o} (@code{calc-realign}) command repositions
10348 the cursor to its top-of-stack ``home'' position.  It also undoes any
10349 horizontal scrolling in the window.  If you give it a numeric prefix
10350 argument, it instead moves the cursor to the specified stack element.
10352 The @key{RET} (or equivalent @key{SPC}) key is only required to separate
10353 two consecutive numbers.
10354 (After all, if you typed @kbd{1 2} by themselves the Calculator
10355 would enter the number 12.)  If you press @key{RET} or @key{SPC} @emph{not}
10356 right after typing a number, the key duplicates the number on the top of
10357 the stack.  @kbd{@key{RET} *} is thus a handy way to square a number.
10359 The @key{DEL} key pops and throws away the top number on the stack.
10360 The @key{TAB} key swaps the top two objects on the stack.
10361 @xref{Stack and Trail}, for descriptions of these and other stack-related
10362 commands.
10364 @node Numeric Entry, Algebraic Entry, Stack Basics, Introduction
10365 @section Numeric Entry
10367 @noindent
10368 @kindex 0-9
10369 @kindex .
10370 @kindex e
10371 @cindex Numeric entry
10372 @cindex Entering numbers
10373 Pressing a digit or other numeric key begins numeric entry using the
10374 minibuffer.  The number is pushed on the stack when you press the @key{RET}
10375 or @key{SPC} keys.  If you press any other non-numeric key, the number is
10376 pushed onto the stack and the appropriate operation is performed.  If
10377 you press a numeric key which is not valid, the key is ignored.
10379 @cindex Minus signs
10380 @cindex Negative numbers, entering
10381 @kindex _
10382 There are three different concepts corresponding to the word ``minus,''
10383 typified by @expr{a-b} (subtraction), @expr{-x}
10384 (change-sign), and @expr{-5} (negative number).  Calc uses three
10385 different keys for these operations, respectively:
10386 @kbd{-}, @kbd{n}, and @kbd{_} (the underscore).  The @kbd{-} key subtracts
10387 the two numbers on the top of the stack.  The @kbd{n} key changes the sign
10388 of the number on the top of the stack or the number currently being entered.
10389 The @kbd{_} key begins entry of a negative number or changes the sign of
10390 the number currently being entered.  The following sequences all enter the
10391 number @mathit{-5} onto the stack:  @kbd{0 @key{RET} 5 -}, @kbd{5 n @key{RET}},
10392 @kbd{5 @key{RET} n}, @kbd{_ 5 @key{RET}}, @kbd{5 _ @key{RET}}.
10394 Some other keys are active during numeric entry, such as @kbd{#} for
10395 non-decimal numbers, @kbd{:} for fractions, and @kbd{@@} for HMS forms.
10396 These notations are described later in this manual with the corresponding
10397 data types.  @xref{Data Types}.
10399 During numeric entry, the only editing key available is @key{DEL}.
10401 @node Algebraic Entry, Quick Calculator, Numeric Entry, Introduction
10402 @section Algebraic Entry
10404 @noindent
10405 @kindex '
10406 @pindex calc-algebraic-entry
10407 @cindex Algebraic notation
10408 @cindex Formulas, entering
10409 Calculations can also be entered in algebraic form.  This is accomplished
10410 by typing the apostrophe key, @kbd{'}, followed by the expression in
10411 standard format:  @kbd{@key{'} 2+3*4 @key{RET}} computes
10412 @texline @math{2+(3\times4) = 14}
10413 @infoline @expr{2+(3*4) = 14} 
10414 and pushes that on the stack.  If you wish you can
10415 ignore the RPN aspect of Calc altogether and simply enter algebraic
10416 expressions in this way.  You may want to use @key{DEL} every so often to
10417 clear previous results off the stack.
10419 You can press the apostrophe key during normal numeric entry to switch
10420 the half-entered number into Algebraic entry mode.  One reason to do this
10421 would be to use the full Emacs cursor motion and editing keys, which are
10422 available during algebraic entry but not during numeric entry.
10424 In the same vein, during either numeric or algebraic entry you can
10425 press @kbd{`} (backquote) to switch to @code{calc-edit} mode, where
10426 you complete your half-finished entry in a separate buffer.
10427 @xref{Editing Stack Entries}.
10429 @kindex m a
10430 @pindex calc-algebraic-mode
10431 @cindex Algebraic Mode
10432 If you prefer algebraic entry, you can use the command @kbd{m a}
10433 (@code{calc-algebraic-mode}) to set Algebraic mode.  In this mode,
10434 digits and other keys that would normally start numeric entry instead
10435 start full algebraic entry; as long as your formula begins with a digit
10436 you can omit the apostrophe.  Open parentheses and square brackets also
10437 begin algebraic entry.  You can still do RPN calculations in this mode,
10438 but you will have to press @key{RET} to terminate every number:
10439 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} * 4 @key{RET} +} would accomplish the same
10440 thing as @kbd{2*3+4 @key{RET}}.
10442 @cindex Incomplete Algebraic Mode
10443 If you give a numeric prefix argument like @kbd{C-u} to the @kbd{m a}
10444 command, it enables Incomplete Algebraic mode; this is like regular
10445 Algebraic mode except that it applies to the @kbd{(} and @kbd{[} keys
10446 only.  Numeric keys still begin a numeric entry in this mode.
10448 @kindex m t
10449 @pindex calc-total-algebraic-mode
10450 @cindex Total Algebraic Mode
10451 The @kbd{m t} (@code{calc-total-algebraic-mode}) gives you an even
10452 stronger algebraic-entry mode, in which @emph{all} regular letter and
10453 punctuation keys begin algebraic entry.  Use this if you prefer typing
10454 @w{@kbd{sqrt( )}} instead of @kbd{Q}, @w{@kbd{factor( )}} instead of
10455 @kbd{a f}, and so on.  To type regular Calc commands when you are in
10456 Total Algebraic mode, hold down the @key{META} key.  Thus @kbd{M-q}
10457 is the command to quit Calc, @kbd{M-p} sets the precision, and
10458 @kbd{M-m t} (or @kbd{M-m M-t}, if you prefer) turns Total Algebraic
10459 mode back off again.  Meta keys also terminate algebraic entry, so
10460 that @kbd{2+3 M-S} is equivalent to @kbd{2+3 @key{RET} M-S}.  The symbol
10461 @samp{Alg*} will appear in the mode line whenever you are in this mode.
10463 Pressing @kbd{'} (the apostrophe) a second time re-enters the previous
10464 algebraic formula.  You can then use the normal Emacs editing keys to
10465 modify this formula to your liking before pressing @key{RET}.
10467 @kindex $
10468 @cindex Formulas, referring to stack
10469 Within a formula entered from the keyboard, the symbol @kbd{$}
10470 represents the number on the top of the stack.  If an entered formula
10471 contains any @kbd{$} characters, the Calculator replaces the top of
10472 stack with that formula rather than simply pushing the formula onto the
10473 stack.  Thus, @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3 on the stack, and @kbd{$*2
10474 @key{RET}} replaces it with 6.  Note that the @kbd{$} key always
10475 initiates algebraic entry; the @kbd{'} is unnecessary if @kbd{$} is the
10476 first character in the new formula.
10478 Higher stack elements can be accessed from an entered formula with the
10479 symbols @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on.  The number of stack elements
10480 removed (to be replaced by the entered values) equals the number of dollar
10481 signs in the longest such symbol in the formula.  For example, @samp{$$+$$$}
10482 adds the second and third stack elements, replacing the top three elements
10483 with the answer.  (All information about the top stack element is thus lost
10484 since no single @samp{$} appears in this formula.)
10486 A slightly different way to refer to stack elements is with a dollar
10487 sign followed by a number:  @samp{$1}, @samp{$2}, and so on are much
10488 like @samp{$}, @samp{$$}, etc., except that stack entries referred
10489 to numerically are not replaced by the algebraic entry.  That is, while
10490 @samp{$+1} replaces 5 on the stack with 6, @samp{$1+1} leaves the 5
10491 on the stack and pushes an additional 6.
10493 If a sequence of formulas are entered separated by commas, each formula
10494 is pushed onto the stack in turn.  For example, @samp{1,2,3} pushes
10495 those three numbers onto the stack (leaving the 3 at the top), and
10496 @samp{$+1,$-1} replaces a 5 on the stack with 4 followed by 6.  Also,
10497 @samp{$,$$} exchanges the top two elements of the stack, just like the
10498 @key{TAB} key.
10500 You can finish an algebraic entry with @kbd{M-=} or @kbd{M-@key{RET}} instead
10501 of @key{RET}.  This uses @kbd{=} to evaluate the variables in each
10502 formula that goes onto the stack.  (Thus @kbd{' pi @key{RET}} pushes
10503 the variable @samp{pi}, but @kbd{' pi M-@key{RET}} pushes 3.1415.)
10505 If you finish your algebraic entry by pressing @key{LFD} (or @kbd{C-j})
10506 instead of @key{RET}, Calc disables the default simplifications
10507 (as if by @kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}) while the entry
10508 is being pushed on the stack.  Thus @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3
10509 on the stack, but @kbd{' 1+2 @key{LFD}} pushes the formula @expr{1+2};
10510 you might then press @kbd{=} when it is time to evaluate this formula.
10512 @node Quick Calculator, Prefix Arguments, Algebraic Entry, Introduction
10513 @section ``Quick Calculator'' Mode
10515 @noindent
10516 @kindex C-x * q
10517 @pindex quick-calc
10518 @cindex Quick Calculator
10519 There is another way to invoke the Calculator if all you need to do
10520 is make one or two quick calculations.  Type @kbd{C-x * q} (or
10521 @kbd{M-x quick-calc}), then type any formula as an algebraic entry.
10522 The Calculator will compute the result and display it in the echo
10523 area, without ever actually putting up a Calc window.
10525 You can use the @kbd{$} character in a Quick Calculator formula to
10526 refer to the previous Quick Calculator result.  Older results are
10527 not retained; the Quick Calculator has no effect on the full
10528 Calculator's stack or trail.  If you compute a result and then
10529 forget what it was, just run @code{C-x * q} again and enter
10530 @samp{$} as the formula.
10532 If this is the first time you have used the Calculator in this Emacs
10533 session, the @kbd{C-x * q} command will create the @code{*Calculator*}
10534 buffer and perform all the usual initializations; it simply will
10535 refrain from putting that buffer up in a new window.  The Quick
10536 Calculator refers to the @code{*Calculator*} buffer for all mode
10537 settings.  Thus, for example, to set the precision that the Quick
10538 Calculator uses, simply run the full Calculator momentarily and use
10539 the regular @kbd{p} command.
10541 If you use @code{C-x * q} from inside the Calculator buffer, the
10542 effect is the same as pressing the apostrophe key (algebraic entry).
10544 The result of a Quick calculation is placed in the Emacs ``kill ring''
10545 as well as being displayed.  A subsequent @kbd{C-y} command will
10546 yank the result into the editing buffer.  You can also use this
10547 to yank the result into the next @kbd{C-x * q} input line as a more
10548 explicit alternative to @kbd{$} notation, or to yank the result
10549 into the Calculator stack after typing @kbd{C-x * c}.
10551 If you finish your formula by typing @key{LFD} (or @kbd{C-j}) instead
10552 of @key{RET}, the result is inserted immediately into the current
10553 buffer rather than going into the kill ring.
10555 Quick Calculator results are actually evaluated as if by the @kbd{=}
10556 key (which replaces variable names by their stored values, if any).
10557 If the formula you enter is an assignment to a variable using the
10558 @samp{:=} operator, say, @samp{foo := 2 + 3} or @samp{foo := foo + 1},
10559 then the result of the evaluation is stored in that Calc variable.
10560 @xref{Store and Recall}.
10562 If the result is an integer and the current display radix is decimal,
10563 the number will also be displayed in hex and octal formats.  If the
10564 integer is in the range from 1 to 126, it will also be displayed as
10565 an ASCII character.
10567 For example, the quoted character @samp{"x"} produces the vector
10568 result @samp{[120]} (because 120 is the ASCII code of the lower-case
10569 `x'; @pxref{Strings}).  Since this is a vector, not an integer, it
10570 is displayed only according to the current mode settings.  But
10571 running Quick Calc again and entering @samp{120} will produce the
10572 result @samp{120 (16#78, 8#170, x)} which shows the number in its
10573 decimal, hexadecimal, octal, and ASCII forms.
10575 Please note that the Quick Calculator is not any faster at loading
10576 or computing the answer than the full Calculator; the name ``quick''
10577 merely refers to the fact that it's much less hassle to use for
10578 small calculations.
10580 @node Prefix Arguments, Undo, Quick Calculator, Introduction
10581 @section Numeric Prefix Arguments
10583 @noindent
10584 Many Calculator commands use numeric prefix arguments.  Some, such as
10585 @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}), set a parameter to the value of
10586 the prefix argument or use a default if you don't use a prefix.
10587 Others (like @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation})) require an argument
10588 and prompt for a number if you don't give one as a prefix.
10590 As a rule, stack-manipulation commands accept a numeric prefix argument
10591 which is interpreted as an index into the stack.  A positive argument
10592 operates on the top @var{n} stack entries; a negative argument operates
10593 on the @var{n}th stack entry in isolation; and a zero argument operates
10594 on the entire stack.
10596 Most commands that perform computations (such as the arithmetic and
10597 scientific functions) accept a numeric prefix argument that allows the
10598 operation to be applied across many stack elements.  For unary operations
10599 (that is, functions of one argument like absolute value or complex
10600 conjugate), a positive prefix argument applies that function to the top
10601 @var{n} stack entries simultaneously, and a negative argument applies it
10602 to the @var{n}th stack entry only.  For binary operations (functions of
10603 two arguments like addition, GCD, and vector concatenation), a positive
10604 prefix argument ``reduces'' the function across the top @var{n}
10605 stack elements (for example, @kbd{C-u 5 +} sums the top 5 stack entries;
10606 @pxref{Reducing and Mapping}), and a negative argument maps the next-to-top
10607 @var{n} stack elements with the top stack element as a second argument
10608 (for example, @kbd{7 c-u -5 +} adds 7 to the top 5 stack elements).
10609 This feature is not available for operations which use the numeric prefix
10610 argument for some other purpose.
10612 Numeric prefixes are specified the same way as always in Emacs:  Press
10613 a sequence of @key{META}-digits, or press @key{ESC} followed by digits,
10614 or press @kbd{C-u} followed by digits.  Some commands treat plain
10615 @kbd{C-u} (without any actual digits) specially.
10617 @kindex ~
10618 @pindex calc-num-prefix
10619 You can type @kbd{~} (@code{calc-num-prefix}) to pop an integer from the
10620 top of the stack and enter it as the numeric prefix for the next command.
10621 For example, @kbd{C-u 16 p} sets the precision to 16 digits; an alternate
10622 (silly) way to do this would be @kbd{2 @key{RET} 4 ^ ~ p}, i.e., compute 2
10623 to the fourth power and set the precision to that value.
10625 Conversely, if you have typed a numeric prefix argument the @kbd{~} key
10626 pushes it onto the stack in the form of an integer.
10628 @node Undo, Error Messages, Prefix Arguments, Introduction
10629 @section Undoing Mistakes
10631 @noindent
10632 @kindex U
10633 @kindex C-_
10634 @pindex calc-undo
10635 @cindex Mistakes, undoing
10636 @cindex Undoing mistakes
10637 @cindex Errors, undoing
10638 The shift-@kbd{U} key (@code{calc-undo}) undoes the most recent operation.
10639 If that operation added or dropped objects from the stack, those objects
10640 are removed or restored.  If it was a ``store'' operation, you are
10641 queried whether or not to restore the variable to its original value.
10642 The @kbd{U} key may be pressed any number of times to undo successively
10643 farther back in time; with a numeric prefix argument it undoes a
10644 specified number of operations.  The undo history is cleared only by the
10645 @kbd{q} (@code{calc-quit}) command.  (Recall that @kbd{C-x * c} is
10646 synonymous with @code{calc-quit} while inside the Calculator; this
10647 also clears the undo history.)
10649 Currently the mode-setting commands (like @code{calc-precision}) are not
10650 undoable.  You can undo past a point where you changed a mode, but you
10651 will need to reset the mode yourself.
10653 @kindex D
10654 @pindex calc-redo
10655 @cindex Redoing after an Undo
10656 The shift-@kbd{D} key (@code{calc-redo}) redoes an operation that was
10657 mistakenly undone.  Pressing @kbd{U} with a negative prefix argument is
10658 equivalent to executing @code{calc-redo}.  You can redo any number of
10659 times, up to the number of recent consecutive undo commands.  Redo
10660 information is cleared whenever you give any command that adds new undo
10661 information, i.e., if you undo, then enter a number on the stack or make
10662 any other change, then it will be too late to redo.
10664 @kindex M-@key{RET}
10665 @pindex calc-last-args
10666 @cindex Last-arguments feature
10667 @cindex Arguments, restoring
10668 The @kbd{M-@key{RET}} key (@code{calc-last-args}) is like undo in that
10669 it restores the arguments of the most recent command onto the stack;
10670 however, it does not remove the result of that command.  Given a numeric
10671 prefix argument, this command applies to the @expr{n}th most recent
10672 command which removed items from the stack; it pushes those items back
10673 onto the stack.
10675 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command provides a related function
10676 to @kbd{M-@key{RET}}.  @xref{Stack and Trail}.
10678 It is also possible to recall previous results or inputs using the trail.
10679 @xref{Trail Commands}.
10681 The standard Emacs @kbd{C-_} undo key is recognized as a synonym for @kbd{U}.
10683 @node Error Messages, Multiple Calculators, Undo, Introduction
10684 @section Error Messages
10686 @noindent
10687 @kindex w
10688 @pindex calc-why
10689 @cindex Errors, messages
10690 @cindex Why did an error occur?
10691 Many situations that would produce an error message in other calculators
10692 simply create unsimplified formulas in the Emacs Calculator.  For example,
10693 @kbd{1 @key{RET} 0 /} pushes the formula @expr{1 / 0}; @w{@kbd{0 L}} pushes
10694 the formula @samp{ln(0)}.  Floating-point overflow and underflow are also
10695 reasons for this to happen.
10697 When a function call must be left in symbolic form, Calc usually
10698 produces a message explaining why.  Messages that are probably
10699 surprising or indicative of user errors are displayed automatically.
10700 Other messages are simply kept in Calc's memory and are displayed only
10701 if you type @kbd{w} (@code{calc-why}).  You can also press @kbd{w} if
10702 the same computation results in several messages.  (The first message
10703 will end with @samp{[w=more]} in this case.)
10705 @kindex d w
10706 @pindex calc-auto-why
10707 The @kbd{d w} (@code{calc-auto-why}) command controls when error messages
10708 are displayed automatically.  (Calc effectively presses @kbd{w} for you
10709 after your computation finishes.)  By default, this occurs only for
10710 ``important'' messages.  The other possible modes are to report
10711 @emph{all} messages automatically, or to report none automatically (so
10712 that you must always press @kbd{w} yourself to see the messages).
10714 @node Multiple Calculators, Troubleshooting Commands, Error Messages, Introduction
10715 @section Multiple Calculators
10717 @noindent
10718 @pindex another-calc
10719 It is possible to have any number of Calc mode buffers at once.
10720 Usually this is done by executing @kbd{M-x another-calc}, which
10721 is similar to @kbd{C-x * c} except that if a @samp{*Calculator*}
10722 buffer already exists, a new, independent one with a name of the
10723 form @samp{*Calculator*<@var{n}>} is created.  You can also use the
10724 command @code{calc-mode} to put any buffer into Calculator mode, but
10725 this would ordinarily never be done.
10727 The @kbd{q} (@code{calc-quit}) command does not destroy a Calculator buffer;
10728 it only closes its window.  Use @kbd{M-x kill-buffer} to destroy a
10729 Calculator buffer.
10731 Each Calculator buffer keeps its own stack, undo list, and mode settings
10732 such as precision, angular mode, and display formats.  In Emacs terms,
10733 variables such as @code{calc-stack} are buffer-local variables.  The
10734 global default values of these variables are used only when a new
10735 Calculator buffer is created.  The @code{calc-quit} command saves
10736 the stack and mode settings of the buffer being quit as the new defaults.
10738 There is only one trail buffer, @samp{*Calc Trail*}, used by all
10739 Calculator buffers.
10741 @node Troubleshooting Commands, , Multiple Calculators, Introduction
10742 @section Troubleshooting Commands
10744 @noindent
10745 This section describes commands you can use in case a computation
10746 incorrectly fails or gives the wrong answer.
10748 @xref{Reporting Bugs}, if you find a problem that appears to be due
10749 to a bug or deficiency in Calc.
10751 @menu
10752 * Autoloading Problems::
10753 * Recursion Depth::
10754 * Caches::
10755 * Debugging Calc::
10756 @end menu
10758 @node Autoloading Problems, Recursion Depth, Troubleshooting Commands, Troubleshooting Commands
10759 @subsection Autoloading Problems
10761 @noindent
10762 The Calc program is split into many component files; components are
10763 loaded automatically as you use various commands that require them.
10764 Occasionally Calc may lose track of when a certain component is
10765 necessary; typically this means you will type a command and it won't
10766 work because some function you've never heard of was undefined.
10768 @kindex C-x * L
10769 @pindex calc-load-everything
10770 If this happens, the easiest workaround is to type @kbd{C-x * L}
10771 (@code{calc-load-everything}) to force all the parts of Calc to be
10772 loaded right away.  This will cause Emacs to take up a lot more
10773 memory than it would otherwise, but it's guaranteed to fix the problem.
10775 @node Recursion Depth, Caches, Autoloading Problems, Troubleshooting Commands
10776 @subsection Recursion Depth
10778 @noindent
10779 @kindex M
10780 @kindex I M
10781 @pindex calc-more-recursion-depth
10782 @pindex calc-less-recursion-depth
10783 @cindex Recursion depth
10784 @cindex ``Computation got stuck'' message
10785 @cindex @code{max-lisp-eval-depth}
10786 @cindex @code{max-specpdl-size}
10787 Calc uses recursion in many of its calculations.  Emacs Lisp keeps a
10788 variable @code{max-lisp-eval-depth} which limits the amount of recursion
10789 possible in an attempt to recover from program bugs.  If a calculation
10790 ever halts incorrectly with the message ``Computation got stuck or
10791 ran too long,'' use the @kbd{M} command (@code{calc-more-recursion-depth})
10792 to increase this limit.  (Of course, this will not help if the
10793 calculation really did get stuck due to some problem inside Calc.)
10795 The limit is always increased (multiplied) by a factor of two.  There
10796 is also an @kbd{I M} (@code{calc-less-recursion-depth}) command which
10797 decreases this limit by a factor of two, down to a minimum value of 200.
10798 The default value is 1000.
10800 These commands also double or halve @code{max-specpdl-size}, another
10801 internal Lisp recursion limit.  The minimum value for this limit is 600.
10803 @node Caches, Debugging Calc, Recursion Depth, Troubleshooting Commands
10804 @subsection Caches
10806 @noindent
10807 @cindex Caches
10808 @cindex Flushing caches
10809 Calc saves certain values after they have been computed once.  For
10810 example, the @kbd{P} (@code{calc-pi}) command initially ``knows'' the
10811 constant @cpi{} to about 20 decimal places; if the current precision
10812 is greater than this, it will recompute @cpi{} using a series
10813 approximation.  This value will not need to be recomputed ever again
10814 unless you raise the precision still further.  Many operations such as
10815 logarithms and sines make use of similarly cached values such as
10816 @cpiover{4} and 
10817 @texline @math{\ln 2}.
10818 @infoline @expr{ln(2)}.  
10819 The visible effect of caching is that
10820 high-precision computations may seem to do extra work the first time.
10821 Other things cached include powers of two (for the binary arithmetic
10822 functions), matrix inverses and determinants, symbolic integrals, and
10823 data points computed by the graphing commands.
10825 @pindex calc-flush-caches
10826 If you suspect a Calculator cache has become corrupt, you can use the
10827 @code{calc-flush-caches} command to reset all caches to the empty state.
10828 (This should only be necessary in the event of bugs in the Calculator.)
10829 The @kbd{C-x * 0} (with the zero key) command also resets caches along
10830 with all other aspects of the Calculator's state.
10832 @node Debugging Calc, , Caches, Troubleshooting Commands
10833 @subsection Debugging Calc
10835 @noindent
10836 A few commands exist to help in the debugging of Calc commands.
10837 @xref{Programming}, to see the various ways that you can write
10838 your own Calc commands.
10840 @kindex Z T
10841 @pindex calc-timing
10842 The @kbd{Z T} (@code{calc-timing}) command turns on and off a mode
10843 in which the timing of slow commands is reported in the Trail.
10844 Any Calc command that takes two seconds or longer writes a line
10845 to the Trail showing how many seconds it took.  This value is
10846 accurate only to within one second.
10848 All steps of executing a command are included; in particular, time
10849 taken to format the result for display in the stack and trail is
10850 counted.  Some prompts also count time taken waiting for them to
10851 be answered, while others do not; this depends on the exact
10852 implementation of the command.  For best results, if you are timing
10853 a sequence that includes prompts or multiple commands, define a
10854 keyboard macro to run the whole sequence at once.  Calc's @kbd{X}
10855 command (@pxref{Keyboard Macros}) will then report the time taken
10856 to execute the whole macro.
10858 Another advantage of the @kbd{X} command is that while it is
10859 executing, the stack and trail are not updated from step to step.
10860 So if you expect the output of your test sequence to leave a result
10861 that may take a long time to format and you don't wish to count
10862 this formatting time, end your sequence with a @key{DEL} keystroke
10863 to clear the result from the stack.  When you run the sequence with
10864 @kbd{X}, Calc will never bother to format the large result.
10866 Another thing @kbd{Z T} does is to increase the Emacs variable
10867 @code{gc-cons-threshold} to a much higher value (two million; the
10868 usual default in Calc is 250,000) for the duration of each command.
10869 This generally prevents garbage collection during the timing of
10870 the command, though it may cause your Emacs process to grow
10871 abnormally large.  (Garbage collection time is a major unpredictable
10872 factor in the timing of Emacs operations.)
10874 Another command that is useful when debugging your own Lisp
10875 extensions to Calc is @kbd{M-x calc-pass-errors}, which disables
10876 the error handler that changes the ``@code{max-lisp-eval-depth}
10877 exceeded'' message to the much more friendly ``Computation got
10878 stuck or ran too long.''  This handler interferes with the Emacs
10879 Lisp debugger's @code{debug-on-error} mode.  Errors are reported
10880 in the handler itself rather than at the true location of the
10881 error.  After you have executed @code{calc-pass-errors}, Lisp
10882 errors will be reported correctly but the user-friendly message
10883 will be lost.
10885 @node Data Types, Stack and Trail, Introduction, Top
10886 @chapter Data Types
10888 @noindent
10889 This chapter discusses the various types of objects that can be placed
10890 on the Calculator stack, how they are displayed, and how they are
10891 entered.  (@xref{Data Type Formats}, for information on how these data
10892 types are represented as underlying Lisp objects.)
10894 Integers, fractions, and floats are various ways of describing real
10895 numbers.  HMS forms also for many purposes act as real numbers.  These
10896 types can be combined to form complex numbers, modulo forms, error forms,
10897 or interval forms.  (But these last four types cannot be combined
10898 arbitrarily:@: error forms may not contain modulo forms, for example.)
10899 Finally, all these types of numbers may be combined into vectors,
10900 matrices, or algebraic formulas.
10902 @menu
10903 * Integers::                The most basic data type.
10904 * Fractions::               This and above are called @dfn{rationals}.
10905 * Floats::                  This and above are called @dfn{reals}.
10906 * Complex Numbers::         This and above are called @dfn{numbers}.
10907 * Infinities::
10908 * Vectors and Matrices::
10909 * Strings::
10910 * HMS Forms::
10911 * Date Forms::
10912 * Modulo Forms::
10913 * Error Forms::
10914 * Interval Forms::
10915 * Incomplete Objects::
10916 * Variables::
10917 * Formulas::
10918 @end menu
10920 @node Integers, Fractions, Data Types, Data Types
10921 @section Integers
10923 @noindent
10924 @cindex Integers
10925 The Calculator stores integers to arbitrary precision.  Addition,
10926 subtraction, and multiplication of integers always yields an exact
10927 integer result.  (If the result of a division or exponentiation of
10928 integers is not an integer, it is expressed in fractional or
10929 floating-point form according to the current Fraction mode.
10930 @xref{Fraction Mode}.)
10932 A decimal integer is represented as an optional sign followed by a
10933 sequence of digits.  Grouping (@pxref{Grouping Digits}) can be used to
10934 insert a comma at every third digit for display purposes, but you
10935 must not type commas during the entry of numbers.
10937 @kindex #
10938 A non-decimal integer is represented as an optional sign, a radix
10939 between 2 and 36, a @samp{#} symbol, and one or more digits.  For radix 11
10940 and above, the letters A through Z (upper- or lower-case) count as
10941 digits and do not terminate numeric entry mode.  @xref{Radix Modes}, for how
10942 to set the default radix for display of integers.  Numbers of any radix
10943 may be entered at any time.  If you press @kbd{#} at the beginning of a
10944 number, the current display radix is used.
10946 @node Fractions, Floats, Integers, Data Types
10947 @section Fractions
10949 @noindent
10950 @cindex Fractions
10951 A @dfn{fraction} is a ratio of two integers.  Fractions are traditionally
10952 written ``2/3'' but Calc uses the notation @samp{2:3}.  (The @kbd{/} key
10953 performs RPN division; the following two sequences push the number
10954 @samp{2:3} on the stack:  @kbd{2 :@: 3 @key{RET}}, or @kbd{2 @key{RET} 3 /}
10955 assuming Fraction mode has been enabled.)
10956 When the Calculator produces a fractional result it always reduces it to
10957 simplest form, which may in fact be an integer.
10959 Fractions may also be entered in a three-part form, where @samp{2:3:4}
10960 represents two-and-three-quarters.  @xref{Fraction Formats}, for fraction
10961 display formats.
10963 Non-decimal fractions are entered and displayed as
10964 @samp{@var{radix}#@var{num}:@var{denom}} (or in the analogous three-part
10965 form).  The numerator and denominator always use the same radix.
10967 @node Floats, Complex Numbers, Fractions, Data Types
10968 @section Floats
10970 @noindent
10971 @cindex Floating-point numbers
10972 A floating-point number or @dfn{float} is a number stored in scientific
10973 notation.  The number of significant digits in the fractional part is
10974 governed by the current floating precision (@pxref{Precision}).  The
10975 range of acceptable values is from 
10976 @texline @math{10^{-3999999}}
10977 @infoline @expr{10^-3999999} 
10978 (inclusive) to 
10979 @texline @math{10^{4000000}}
10980 @infoline @expr{10^4000000}
10981 (exclusive), plus the corresponding negative values and zero.
10983 Calculations that would exceed the allowable range of values (such
10984 as @samp{exp(exp(20))}) are left in symbolic form by Calc.  The
10985 messages ``floating-point overflow'' or ``floating-point underflow''
10986 indicate that during the calculation a number would have been produced
10987 that was too large or too close to zero, respectively, to be represented
10988 by Calc.  This does not necessarily mean the final result would have
10989 overflowed, just that an overflow occurred while computing the result.
10990 (In fact, it could report an underflow even though the final result
10991 would have overflowed!)
10993 If a rational number and a float are mixed in a calculation, the result
10994 will in general be expressed as a float.  Commands that require an integer
10995 value (such as @kbd{k g} [@code{gcd}]) will also accept integer-valued
10996 floats, i.e., floating-point numbers with nothing after the decimal point.
10998 Floats are identified by the presence of a decimal point and/or an
10999 exponent.  In general a float consists of an optional sign, digits
11000 including an optional decimal point, and an optional exponent consisting
11001 of an @samp{e}, an optional sign, and up to seven exponent digits.
11002 For example, @samp{23.5e-2} is 23.5 times ten to the minus-second power,
11003 or 0.235.
11005 Floating-point numbers are normally displayed in decimal notation with
11006 all significant figures shown.  Exceedingly large or small numbers are
11007 displayed in scientific notation.  Various other display options are
11008 available.  @xref{Float Formats}.
11010 @cindex Accuracy of calculations
11011 Floating-point numbers are stored in decimal, not binary.  The result
11012 of each operation is rounded to the nearest value representable in the
11013 number of significant digits specified by the current precision,
11014 rounding away from zero in the case of a tie.  Thus (in the default
11015 display mode) what you see is exactly what you get.  Some operations such
11016 as square roots and transcendental functions are performed with several
11017 digits of extra precision and then rounded down, in an effort to make the
11018 final result accurate to the full requested precision.  However,
11019 accuracy is not rigorously guaranteed.  If you suspect the validity of a
11020 result, try doing the same calculation in a higher precision.  The
11021 Calculator's arithmetic is not intended to be IEEE-conformant in any
11022 way.
11024 While floats are always @emph{stored} in decimal, they can be entered
11025 and displayed in any radix just like integers and fractions.  The
11026 notation @samp{@var{radix}#@var{ddd}.@var{ddd}} is a floating-point
11027 number whose digits are in the specified radix.  Note that the @samp{.}
11028 is more aptly referred to as a ``radix point'' than as a decimal
11029 point in this case.  The number @samp{8#123.4567} is defined as
11030 @samp{8#1234567 * 8^-4}.  If the radix is 14 or less, you can use
11031 @samp{e} notation to write a non-decimal number in scientific notation.
11032 The exponent is written in decimal, and is considered to be a power
11033 of the radix: @samp{8#1234567e-4}.  If the radix is 15 or above, the
11034 letter @samp{e} is a digit, so scientific notation must be written
11035 out, e.g., @samp{16#123.4567*16^2}.  The first two exercises of the
11036 Modes Tutorial explore some of the properties of non-decimal floats.
11038 @node Complex Numbers, Infinities, Floats, Data Types
11039 @section Complex Numbers
11041 @noindent
11042 @cindex Complex numbers
11043 There are two supported formats for complex numbers: rectangular and
11044 polar.  The default format is rectangular, displayed in the form
11045 @samp{(@var{real},@var{imag})} where @var{real} is the real part and
11046 @var{imag} is the imaginary part, each of which may be any real number.
11047 Rectangular complex numbers can also be displayed in @samp{@var{a}+@var{b}i}
11048 notation; @pxref{Complex Formats}.
11050 Polar complex numbers are displayed in the form 
11051 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'
11052 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'
11053 where @var{r} is the nonnegative magnitude and 
11054 @texline @math{\theta}
11055 @infoline @var{theta} 
11056 is the argument or phase angle.  The range of 
11057 @texline @math{\theta}
11058 @infoline @var{theta} 
11059 depends on the current angular mode (@pxref{Angular Modes}); it is
11060 generally between @mathit{-180} and @mathit{+180} degrees or the equivalent range
11061 in radians. 
11063 Complex numbers are entered in stages using incomplete objects.
11064 @xref{Incomplete Objects}.
11066 Operations on rectangular complex numbers yield rectangular complex
11067 results, and similarly for polar complex numbers.  Where the two types
11068 are mixed, or where new complex numbers arise (as for the square root of
11069 a negative real), the current @dfn{Polar mode} is used to determine the
11070 type.  @xref{Polar Mode}.
11072 A complex result in which the imaginary part is zero (or the phase angle
11073 is 0 or 180 degrees or @cpi{} radians) is automatically converted to a real
11074 number.
11076 @node Infinities, Vectors and Matrices, Complex Numbers, Data Types
11077 @section Infinities
11079 @noindent
11080 @cindex Infinity
11081 @cindex @code{inf} variable
11082 @cindex @code{uinf} variable
11083 @cindex @code{nan} variable
11084 @vindex inf
11085 @vindex uinf
11086 @vindex nan
11087 The word @code{inf} represents the mathematical concept of @dfn{infinity}.
11088 Calc actually has three slightly different infinity-like values:
11089 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan}.  These are just regular
11090 variable names (@pxref{Variables}); you should avoid using these
11091 names for your own variables because Calc gives them special
11092 treatment.  Infinities, like all variable names, are normally
11093 entered using algebraic entry.
11095 Mathematically speaking, it is not rigorously correct to treat
11096 ``infinity'' as if it were a number, but mathematicians often do
11097 so informally.  When they say that @samp{1 / inf = 0}, what they
11098 really mean is that @expr{1 / x}, as @expr{x} becomes larger and
11099 larger, becomes arbitrarily close to zero.  So you can imagine
11100 that if @expr{x} got ``all the way to infinity,'' then @expr{1 / x}
11101 would go all the way to zero.  Similarly, when they say that
11102 @samp{exp(inf) = inf}, they mean that 
11103 @texline @math{e^x}
11104 @infoline @expr{exp(x)} 
11105 grows without bound as @expr{x} grows.  The symbol @samp{-inf} likewise
11106 stands for an infinitely negative real value; for example, we say that
11107 @samp{exp(-inf) = 0}.  You can have an infinity pointing in any
11108 direction on the complex plane:  @samp{sqrt(-inf) = i inf}.
11110 The same concept of limits can be used to define @expr{1 / 0}.  We
11111 really want the value that @expr{1 / x} approaches as @expr{x}
11112 approaches zero.  But if all we have is @expr{1 / 0}, we can't
11113 tell which direction @expr{x} was coming from.  If @expr{x} was
11114 positive and decreasing toward zero, then we should say that
11115 @samp{1 / 0 = inf}.  But if @expr{x} was negative and increasing
11116 toward zero, the answer is @samp{1 / 0 = -inf}.  In fact, @expr{x}
11117 could be an imaginary number, giving the answer @samp{i inf} or
11118 @samp{-i inf}.  Calc uses the special symbol @samp{uinf} to mean
11119 @dfn{undirected infinity}, i.e., a value which is infinitely
11120 large but with an unknown sign (or direction on the complex plane).
11122 Calc actually has three modes that say how infinities are handled.
11123 Normally, infinities never arise from calculations that didn't
11124 already have them.  Thus, @expr{1 / 0} is treated simply as an
11125 error and left unevaluated.  The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode})
11126 command (@pxref{Infinite Mode}) enables a mode in which
11127 @expr{1 / 0} evaluates to @code{uinf} instead.  There is also
11128 an alternative type of infinite mode which says to treat zeros
11129 as if they were positive, so that @samp{1 / 0 = inf}.  While this
11130 is less mathematically correct, it may be the answer you want in
11131 some cases.
11133 Since all infinities are ``as large'' as all others, Calc simplifies,
11134 e.g., @samp{5 inf} to @samp{inf}.  Another example is
11135 @samp{5 - inf = -inf}, where the @samp{-inf} is so large that
11136 adding a finite number like five to it does not affect it.
11137 Note that @samp{a - inf} also results in @samp{-inf}; Calc assumes
11138 that variables like @code{a} always stand for finite quantities.
11139 Just to show that infinities really are all the same size,
11140 note that @samp{sqrt(inf) = inf^2 = exp(inf) = inf} in Calc's
11141 notation.
11143 It's not so easy to define certain formulas like @samp{0 * inf} and
11144 @samp{inf / inf}.  Depending on where these zeros and infinities
11145 came from, the answer could be literally anything.  The latter
11146 formula could be the limit of @expr{x / x} (giving a result of one),
11147 or @expr{2 x / x} (giving two), or @expr{x^2 / x} (giving @code{inf}),
11148 or @expr{x / x^2} (giving zero).  Calc uses the symbol @code{nan}
11149 to represent such an @dfn{indeterminate} value.  (The name ``nan''
11150 comes from analogy with the ``NAN'' concept of IEEE standard
11151 arithmetic; it stands for ``Not A Number.''  This is somewhat of a
11152 misnomer, since @code{nan} @emph{does} stand for some number or
11153 infinity, it's just that @emph{which} number it stands for
11154 cannot be determined.)  In Calc's notation, @samp{0 * inf = nan}
11155 and @samp{inf / inf = nan}.  A few other common indeterminate
11156 expressions are @samp{inf - inf} and @samp{inf ^ 0}.  Also,
11157 @samp{0 / 0 = nan} if you have turned on Infinite mode
11158 (as described above).
11160 Infinities are especially useful as parts of @dfn{intervals}.
11161 @xref{Interval Forms}.
11163 @node Vectors and Matrices, Strings, Infinities, Data Types
11164 @section Vectors and Matrices
11166 @noindent
11167 @cindex Vectors
11168 @cindex Plain vectors
11169 @cindex Matrices
11170 The @dfn{vector} data type is flexible and general.  A vector is simply a
11171 list of zero or more data objects.  When these objects are numbers, the
11172 whole is a vector in the mathematical sense.  When these objects are
11173 themselves vectors of equal (nonzero) length, the whole is a @dfn{matrix}.
11174 A vector which is not a matrix is referred to here as a @dfn{plain vector}.
11176 A vector is displayed as a list of values separated by commas and enclosed
11177 in square brackets:  @samp{[1, 2, 3]}.  Thus the following is a 2 row by
11178 3 column matrix:  @samp{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.  Vectors, like complex
11179 numbers, are entered as incomplete objects.  @xref{Incomplete Objects}.
11180 During algebraic entry, vectors are entered all at once in the usual
11181 brackets-and-commas form.  Matrices may be entered algebraically as nested
11182 vectors, or using the shortcut notation @w{@samp{[1, 2, 3; 4, 5, 6]}},
11183 with rows separated by semicolons.  The commas may usually be omitted
11184 when entering vectors:  @samp{[1 2 3]}.  Curly braces may be used in
11185 place of brackets: @samp{@{1, 2, 3@}}, but the commas are required in
11186 this case.
11188 Traditional vector and matrix arithmetic is also supported;
11189 @pxref{Basic Arithmetic} and @pxref{Matrix Functions}.
11190 Many other operations are applied to vectors element-wise.  For example,
11191 the complex conjugate of a vector is a vector of the complex conjugates
11192 of its elements.
11194 @ignore
11195 @starindex
11196 @end ignore
11197 @tindex vec
11198 Algebraic functions for building vectors include @samp{vec(a, b, c)}
11199 to build @samp{[a, b, c]}, @samp{cvec(a, n, m)} to build an 
11200 @texline @math{n\times m}
11201 @infoline @var{n}x@var{m}
11202 matrix of @samp{a}s, and @samp{index(n)} to build a vector of integers
11203 from 1 to @samp{n}.
11205 @node Strings, HMS Forms, Vectors and Matrices, Data Types
11206 @section Strings
11208 @noindent
11209 @kindex "
11210 @cindex Strings
11211 @cindex Character strings
11212 Character strings are not a special data type in the Calculator.
11213 Rather, a string is represented simply as a vector all of whose
11214 elements are integers in the range 0 to 255 (ASCII codes).  You can
11215 enter a string at any time by pressing the @kbd{"} key.  Quotation
11216 marks and backslashes are written @samp{\"} and @samp{\\}, respectively,
11217 inside strings.  Other notations introduced by backslashes are:
11219 @example
11220 @group
11221 \a     7          \^@@    0
11222 \b     8          \^a-z  1-26
11223 \e     27         \^[    27
11224 \f     12         \^\\   28
11225 \n     10         \^]    29
11226 \r     13         \^^    30
11227 \t     9          \^_    31
11228                   \^?    127
11229 @end group
11230 @end example
11232 @noindent
11233 Finally, a backslash followed by three octal digits produces any
11234 character from its ASCII code.
11236 @kindex d "
11237 @pindex calc-display-strings
11238 Strings are normally displayed in vector-of-integers form.  The
11239 @w{@kbd{d "}} (@code{calc-display-strings}) command toggles a mode in
11240 which any vectors of small integers are displayed as quoted strings
11241 instead.
11243 The backslash notations shown above are also used for displaying
11244 strings.  Characters 128 and above are not translated by Calc; unless
11245 you have an Emacs modified for 8-bit fonts, these will show up in
11246 backslash-octal-digits notation.  For characters below 32, and
11247 for character 127, Calc uses the backslash-letter combination if
11248 there is one, or otherwise uses a @samp{\^} sequence.
11250 The only Calc feature that uses strings is @dfn{compositions};
11251 @pxref{Compositions}.  Strings also provide a convenient
11252 way to do conversions between ASCII characters and integers.
11254 @ignore
11255 @starindex
11256 @end ignore
11257 @tindex string
11258 There is a @code{string} function which provides a different display
11259 format for strings.  Basically, @samp{string(@var{s})}, where @var{s}
11260 is a vector of integers in the proper range, is displayed as the
11261 corresponding string of characters with no surrounding quotation
11262 marks or other modifications.  Thus @samp{string("ABC")} (or
11263 @samp{string([65 66 67])}) will look like @samp{ABC} on the stack.
11264 This happens regardless of whether @w{@kbd{d "}} has been used.  The
11265 only way to turn it off is to use @kbd{d U} (unformatted language
11266 mode) which will display @samp{string("ABC")} instead.
11268 Control characters are displayed somewhat differently by @code{string}.
11269 Characters below 32, and character 127, are shown using @samp{^} notation
11270 (same as shown above, but without the backslash).  The quote and
11271 backslash characters are left alone, as are characters 128 and above.
11273 @ignore
11274 @starindex
11275 @end ignore
11276 @tindex bstring
11277 The @code{bstring} function is just like @code{string} except that
11278 the resulting string is breakable across multiple lines if it doesn't
11279 fit all on one line.  Potential break points occur at every space
11280 character in the string.
11282 @node HMS Forms, Date Forms, Strings, Data Types
11283 @section HMS Forms
11285 @noindent
11286 @cindex Hours-minutes-seconds forms
11287 @cindex Degrees-minutes-seconds forms
11288 @dfn{HMS} stands for Hours-Minutes-Seconds; when used as an angular
11289 argument, the interpretation is Degrees-Minutes-Seconds.  All functions
11290 that operate on angles accept HMS forms.  These are interpreted as
11291 degrees regardless of the current angular mode.  It is also possible to
11292 use HMS as the angular mode so that calculated angles are expressed in
11293 degrees, minutes, and seconds.
11295 @kindex @@
11296 @ignore
11297 @mindex @null
11298 @end ignore
11299 @kindex ' (HMS forms)
11300 @ignore
11301 @mindex @null
11302 @end ignore
11303 @kindex " (HMS forms)
11304 @ignore
11305 @mindex @null
11306 @end ignore
11307 @kindex h (HMS forms)
11308 @ignore
11309 @mindex @null
11310 @end ignore
11311 @kindex o (HMS forms)
11312 @ignore
11313 @mindex @null
11314 @end ignore
11315 @kindex m (HMS forms)
11316 @ignore
11317 @mindex @null
11318 @end ignore
11319 @kindex s (HMS forms)
11320 The default format for HMS values is
11321 @samp{@var{hours}@@ @var{mins}' @var{secs}"}.  During entry, the letters
11322 @samp{h} (for ``hours'') or
11323 @samp{o} (approximating the ``degrees'' symbol) are accepted as well as
11324 @samp{@@}, @samp{m} is accepted in place of @samp{'}, and @samp{s} is
11325 accepted in place of @samp{"}.
11326 The @var{hours} value is an integer (or integer-valued float).
11327 The @var{mins} value is an integer or integer-valued float between 0 and 59.
11328 The @var{secs} value is a real number between 0 (inclusive) and 60
11329 (exclusive).  A positive HMS form is interpreted as @var{hours} +
11330 @var{mins}/60 + @var{secs}/3600.  A negative HMS form is interpreted
11331 as @mathit{- @var{hours}} @mathit{-} @var{mins}/60 @mathit{-} @var{secs}/3600.
11332 Display format for HMS forms is quite flexible.  @xref{HMS Formats}.
11334 HMS forms can be added and subtracted.  When they are added to numbers,
11335 the numbers are interpreted according to the current angular mode.  HMS
11336 forms can also be multiplied and divided by real numbers.  Dividing
11337 two HMS forms produces a real-valued ratio of the two angles.
11339 @pindex calc-time
11340 @cindex Time of day
11341 Just for kicks, @kbd{M-x calc-time} pushes the current time of day on
11342 the stack as an HMS form.
11344 @node Date Forms, Modulo Forms, HMS Forms, Data Types
11345 @section Date Forms
11347 @noindent
11348 @cindex Date forms
11349 A @dfn{date form} represents a date and possibly an associated time.
11350 Simple date arithmetic is supported:  Adding a number to a date
11351 produces a new date shifted by that many days; adding an HMS form to
11352 a date shifts it by that many hours.  Subtracting two date forms
11353 computes the number of days between them (represented as a simple
11354 number).  Many other operations, such as multiplying two date forms,
11355 are nonsensical and are not allowed by Calc.
11357 Date forms are entered and displayed enclosed in @samp{< >} brackets.
11358 The default format is, e.g., @samp{<Wed Jan 9, 1991>} for dates,
11359 or @samp{<3:32:20pm Wed Jan 9, 1991>} for dates with times.
11360 Input is flexible; date forms can be entered in any of the usual
11361 notations for dates and times.  @xref{Date Formats}.
11363 Date forms are stored internally as numbers, specifically the number
11364 of days since midnight on the morning of January 1 of the year 1 AD.
11365 If the internal number is an integer, the form represents a date only;
11366 if the internal number is a fraction or float, the form represents
11367 a date and time.  For example, @samp{<6:00am Wed Jan 9, 1991>}
11368 is represented by the number 726842.25.  The standard precision of
11369 12 decimal digits is enough to ensure that a (reasonable) date and
11370 time can be stored without roundoff error.
11372 If the current precision is greater than 12, date forms will keep
11373 additional digits in the seconds position.  For example, if the
11374 precision is 15, the seconds will keep three digits after the
11375 decimal point.  Decreasing the precision below 12 may cause the
11376 time part of a date form to become inaccurate.  This can also happen
11377 if astronomically high years are used, though this will not be an
11378 issue in everyday (or even everymillennium) use.  Note that date
11379 forms without times are stored as exact integers, so roundoff is
11380 never an issue for them.
11382 You can use the @kbd{v p} (@code{calc-pack}) and @kbd{v u}
11383 (@code{calc-unpack}) commands to get at the numerical representation
11384 of a date form.  @xref{Packing and Unpacking}.
11386 Date forms can go arbitrarily far into the future or past.  Negative
11387 year numbers represent years BC.  Calc uses a combination of the
11388 Gregorian and Julian calendars, following the history of Great
11389 Britain and the British colonies.  This is the same calendar that
11390 is used by the @code{cal} program in most Unix implementations.
11392 @cindex Julian calendar
11393 @cindex Gregorian calendar
11394 Some historical background:  The Julian calendar was created by
11395 Julius Caesar in the year 46 BC as an attempt to fix the gradual
11396 drift caused by the lack of leap years in the calendar used
11397 until that time.  The Julian calendar introduced an extra day in
11398 all years divisible by four.  After some initial confusion, the
11399 calendar was adopted around the year we call 8 AD.  Some centuries
11400 later it became apparent that the Julian year of 365.25 days was
11401 itself not quite right.  In 1582 Pope Gregory XIII introduced the
11402 Gregorian calendar, which added the new rule that years divisible
11403 by 100, but not by 400, were not to be considered leap years
11404 despite being divisible by four.  Many countries delayed adoption
11405 of the Gregorian calendar because of religious differences;
11406 in Britain it was put off until the year 1752, by which time
11407 the Julian calendar had fallen eleven days behind the true
11408 seasons.  So the switch to the Gregorian calendar in early
11409 September 1752 introduced a discontinuity:  The day after
11410 Sep 2, 1752 is Sep 14, 1752.  Calc follows this convention.
11411 To take another example, Russia waited until 1918 before
11412 adopting the new calendar, and thus needed to remove thirteen
11413 days (between Feb 1, 1918 and Feb 14, 1918).  This means that
11414 Calc's reckoning will be inconsistent with Russian history between
11415 1752 and 1918, and similarly for various other countries.
11417 Today's timekeepers introduce an occasional ``leap second'' as
11418 well, but Calc does not take these minor effects into account.
11419 (If it did, it would have to report a non-integer number of days
11420 between, say, @samp{<12:00am Mon Jan 1, 1900>} and
11421 @samp{<12:00am Sat Jan 1, 2000>}.)
11423 Calc uses the Julian calendar for all dates before the year 1752,
11424 including dates BC when the Julian calendar technically had not
11425 yet been invented.  Thus the claim that day number @mathit{-10000} is
11426 called ``August 16, 28 BC'' should be taken with a grain of salt.
11428 Please note that there is no ``year 0''; the day before
11429 @samp{<Sat Jan 1, +1>} is @samp{<Fri Dec 31, -1>}.  These are
11430 days 0 and @mathit{-1} respectively in Calc's internal numbering scheme.
11432 @cindex Julian day counting
11433 Another day counting system in common use is, confusingly, also
11434 called ``Julian.''  It was invented in 1583 by Joseph Justus
11435 Scaliger, who named it in honor of his father Julius Caesar
11436 Scaliger.  For obscure reasons he chose to start his day
11437 numbering on Jan 1, 4713 BC at noon, which in Calc's scheme
11438 is @mathit{-1721423.5} (recall that Calc starts at midnight instead
11439 of noon).  Thus to convert a Calc date code obtained by
11440 unpacking a date form into a Julian day number, simply add
11441 1721423.5.  The Julian code for @samp{6:00am Jan 9, 1991}
11442 is 2448265.75.  The built-in @kbd{t J} command performs
11443 this conversion for you.
11445 @cindex Unix time format
11446 The Unix operating system measures time as an integer number of
11447 seconds since midnight, Jan 1, 1970.  To convert a Calc date
11448 value into a Unix time stamp, first subtract 719164 (the code
11449 for @samp{<Jan 1, 1970>}), then multiply by 86400 (the number of
11450 seconds in a day) and press @kbd{R} to round to the nearest
11451 integer.  If you have a date form, you can simply subtract the
11452 day @samp{<Jan 1, 1970>} instead of unpacking and subtracting
11453 719164.  Likewise, divide by 86400 and add @samp{<Jan 1, 1970>}
11454 to convert from Unix time to a Calc date form.  (Note that
11455 Unix normally maintains the time in the GMT time zone; you may
11456 need to subtract five hours to get New York time, or eight hours
11457 for California time.  The same is usually true of Julian day
11458 counts.)  The built-in @kbd{t U} command performs these
11459 conversions.
11461 @node Modulo Forms, Error Forms, Date Forms, Data Types
11462 @section Modulo Forms
11464 @noindent
11465 @cindex Modulo forms
11466 A @dfn{modulo form} is a real number which is taken modulo (i.e., within
11467 an integer multiple of) some value @var{M}.  Arithmetic modulo @var{M}
11468 often arises in number theory.  Modulo forms are written
11469 `@var{a} @tfn{mod} @var{M}',
11470 where @var{a} and @var{M} are real numbers or HMS forms, and
11471 @texline @math{0 \le a < M}.
11472 @infoline @expr{0 <= a < @var{M}}.
11473 In many applications @expr{a} and @expr{M} will be
11474 integers but this is not required.
11476 @ignore
11477 @mindex M
11478 @end ignore
11479 @kindex M (modulo forms)
11480 @ignore
11481 @mindex mod
11482 @end ignore
11483 @tindex mod (operator)
11484 To create a modulo form during numeric entry, press the shift-@kbd{M}
11485 key to enter the word @samp{mod}.  As a special convenience, pressing
11486 shift-@kbd{M} a second time automatically enters the value of @expr{M}
11487 that was most recently used before.  During algebraic entry, either
11488 type @samp{mod} by hand or press @kbd{M-m} (that's @kbd{@key{META}-m}).
11489 Once again, pressing this a second time enters the current modulo.
11491 Modulo forms are not to be confused with the modulo operator @samp{%}.
11492 The expression @samp{27 % 10} means to compute 27 modulo 10 to produce
11493 the result 7.  Further computations treat this 7 as just a regular integer.
11494 The expression @samp{27 mod 10} produces the result @samp{7 mod 10};
11495 further computations with this value are again reduced modulo 10 so that
11496 the result always lies in the desired range.
11498 When two modulo forms with identical @expr{M}'s are added or multiplied,
11499 the Calculator simply adds or multiplies the values, then reduces modulo
11500 @expr{M}.  If one argument is a modulo form and the other a plain number,
11501 the plain number is treated like a compatible modulo form.  It is also
11502 possible to raise modulo forms to powers; the result is the value raised
11503 to the power, then reduced modulo @expr{M}.  (When all values involved
11504 are integers, this calculation is done much more efficiently than
11505 actually computing the power and then reducing.)
11507 @cindex Modulo division
11508 Two modulo forms `@var{a} @tfn{mod} @var{M}' and `@var{b} @tfn{mod} @var{M}'
11509 can be divided if @expr{a}, @expr{b}, and @expr{M} are all
11510 integers.  The result is the modulo form which, when multiplied by
11511 `@var{b} @tfn{mod} @var{M}', produces `@var{a} @tfn{mod} @var{M}'.  If
11512 there is no solution to this equation (which can happen only when
11513 @expr{M} is non-prime), or if any of the arguments are non-integers, the
11514 division is left in symbolic form.  Other operations, such as square
11515 roots, are not yet supported for modulo forms.  (Note that, although
11516 @w{`@tfn{(}@var{a} @tfn{mod} @var{M}@tfn{)^.5}'} will compute a ``modulo square root''
11517 in the sense of reducing 
11518 @texline @math{\sqrt a}
11519 @infoline @expr{sqrt(a)} 
11520 modulo @expr{M}, this is not a useful definition from the
11521 number-theoretical point of view.)
11523 It is possible to mix HMS forms and modulo forms.  For example, an
11524 HMS form modulo 24 could be used to manipulate clock times; an HMS
11525 form modulo 360 would be suitable for angles.  Making the modulo @expr{M}
11526 also be an HMS form eliminates troubles that would arise if the angular
11527 mode were inadvertently set to Radians, in which case
11528 @w{@samp{2@@ 0' 0" mod 24}} would be interpreted as two degrees modulo
11529 24 radians!
11531 Modulo forms cannot have variables or formulas for components.  If you
11532 enter the formula @samp{(x + 2) mod 5}, Calc propagates the modulus
11533 to each of the coefficients:  @samp{(1 mod 5) x + (2 mod 5)}.
11535 You can use @kbd{v p} and @kbd{%} to modify modulo forms.
11536 @xref{Packing and Unpacking}.  @xref{Basic Arithmetic}.
11538 @ignore
11539 @starindex
11540 @end ignore
11541 @tindex makemod
11542 The algebraic function @samp{makemod(a, m)} builds the modulo form
11543 @w{@samp{a mod m}}.
11545 @node Error Forms, Interval Forms, Modulo Forms, Data Types
11546 @section Error Forms
11548 @noindent
11549 @cindex Error forms
11550 @cindex Standard deviations
11551 An @dfn{error form} is a number with an associated standard
11552 deviation, as in @samp{2.3 +/- 0.12}.  The notation
11553 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11554 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} sigma' 
11555 stands for an uncertain value which follows
11556 a normal or Gaussian distribution of mean @expr{x} and standard
11557 deviation or ``error'' 
11558 @texline @math{\sigma}.
11559 @infoline @expr{sigma}.
11560 Both the mean and the error can be either numbers or
11561 formulas.  Generally these are real numbers but the mean may also be
11562 complex.  If the error is negative or complex, it is changed to its
11563 absolute value.  An error form with zero error is converted to a
11564 regular number by the Calculator.
11566 All arithmetic and transcendental functions accept error forms as input.
11567 Operations on the mean-value part work just like operations on regular
11568 numbers.  The error part for any function @expr{f(x)} (such as 
11569 @texline @math{\sin x}
11570 @infoline @expr{sin(x)})
11571 is defined by the error of @expr{x} times the derivative of @expr{f}
11572 evaluated at the mean value of @expr{x}.  For a two-argument function
11573 @expr{f(x,y)} (such as addition) the error is the square root of the sum
11574 of the squares of the errors due to @expr{x} and @expr{y}.
11575 @tex
11576 $$ \eqalign{
11577   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma)
11578     &= f(x) \hbox{\code{ +/- }} \sigma \left| {df(x) \over dx} \right| \cr
11579   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma_x, y \hbox{\code{ +/- }} \sigma_y)
11580     &= f(x,y) \hbox{\code{ +/- }}
11581         \sqrt{\left(\sigma_x \left| {\partial f(x,y) \over \partial x}
11582                              \right| \right)^2
11583              +\left(\sigma_y \left| {\partial f(x,y) \over \partial y}
11584                              \right| \right)^2 } \cr
11585 } $$
11586 @end tex
11587 Note that this
11588 definition assumes the errors in @expr{x} and @expr{y} are uncorrelated.
11589 A side effect of this definition is that @samp{(2 +/- 1) * (2 +/- 1)}
11590 is not the same as @samp{(2 +/- 1)^2}; the former represents the product
11591 of two independent values which happen to have the same probability
11592 distributions, and the latter is the product of one random value with itself.
11593 The former will produce an answer with less error, since on the average
11594 the two independent errors can be expected to cancel out.
11596 Consult a good text on error analysis for a discussion of the proper use
11597 of standard deviations.  Actual errors often are neither Gaussian-distributed
11598 nor uncorrelated, and the above formulas are valid only when errors
11599 are small.  As an example, the error arising from
11600 @texline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}@tfn{)}' 
11601 @infoline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}@tfn{)}' 
11602 is 
11603 @texline `@math{\sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11604 @infoline `@var{sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11605 When @expr{x} is close to zero,
11606 @texline @math{\cos x}
11607 @infoline @expr{cos(x)} 
11608 is close to one so the error in the sine is close to 
11609 @texline @math{\sigma};
11610 @infoline @expr{sigma};
11611 this makes sense, since 
11612 @texline @math{\sin x}
11613 @infoline @expr{sin(x)} 
11614 is approximately @expr{x} near zero, so a given error in @expr{x} will
11615 produce about the same error in the sine.  Likewise, near 90 degrees
11616 @texline @math{\cos x}
11617 @infoline @expr{cos(x)} 
11618 is nearly zero and so the computed error is
11619 small:  The sine curve is nearly flat in that region, so an error in @expr{x}
11620 has relatively little effect on the value of 
11621 @texline @math{\sin x}.
11622 @infoline @expr{sin(x)}.  
11623 However, consider @samp{sin(90 +/- 1000)}.  The cosine of 90 is zero, so
11624 Calc will report zero error!  We get an obviously wrong result because
11625 we have violated the small-error approximation underlying the error
11626 analysis.  If the error in @expr{x} had been small, the error in
11627 @texline @math{\sin x}
11628 @infoline @expr{sin(x)} 
11629 would indeed have been negligible.
11631 @ignore
11632 @mindex p
11633 @end ignore
11634 @kindex p (error forms)
11635 @tindex +/-
11636 To enter an error form during regular numeric entry, use the @kbd{p}
11637 (``plus-or-minus'') key to type the @samp{+/-} symbol.  (If you try actually
11638 typing @samp{+/-} the @kbd{+} key will be interpreted as the Calculator's
11639 @kbd{+} command!)  Within an algebraic formula, you can press @kbd{M-+} to
11640 type the @samp{+/-} symbol, or type it out by hand.
11642 Error forms and complex numbers can be mixed; the formulas shown above
11643 are used for complex numbers, too; note that if the error part evaluates
11644 to a complex number its absolute value (or the square root of the sum of
11645 the squares of the absolute values of the two error contributions) is
11646 used.  Mathematically, this corresponds to a radially symmetric Gaussian
11647 distribution of numbers on the complex plane.  However, note that Calc
11648 considers an error form with real components to represent a real number,
11649 not a complex distribution around a real mean.
11651 Error forms may also be composed of HMS forms.  For best results, both
11652 the mean and the error should be HMS forms if either one is.
11654 @ignore
11655 @starindex
11656 @end ignore
11657 @tindex sdev
11658 The algebraic function @samp{sdev(a, b)} builds the error form @samp{a +/- b}.
11660 @node Interval Forms, Incomplete Objects, Error Forms, Data Types
11661 @section Interval Forms
11663 @noindent
11664 @cindex Interval forms
11665 An @dfn{interval} is a subset of consecutive real numbers.  For example,
11666 the interval @samp{[2 ..@: 4]} represents all the numbers from 2 to 4,
11667 inclusive.  If you multiply it by the interval @samp{[0.5 ..@: 2]} you
11668 obtain @samp{[1 ..@: 8]}.  This calculation represents the fact that if
11669 you multiply some number in the range @samp{[2 ..@: 4]} by some other
11670 number in the range @samp{[0.5 ..@: 2]}, your result will lie in the range
11671 from 1 to 8.  Interval arithmetic is used to get a worst-case estimate
11672 of the possible range of values a computation will produce, given the
11673 set of possible values of the input.
11675 @ifinfo
11676 Calc supports several varieties of intervals, including @dfn{closed}
11677 intervals of the type shown above, @dfn{open} intervals such as
11678 @samp{(2 ..@: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11679 @emph{exclusive}, and @dfn{semi-open} intervals in which one end
11680 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11681 terms,
11682 @samp{[2 ..@: 4]} means @expr{2 <= x <= 4}, whereas
11683 @samp{[2 ..@: 4)} represents @expr{2 <= x < 4},
11684 @samp{(2 ..@: 4]} represents @expr{2 < x <= 4}, and
11685 @samp{(2 ..@: 4)} represents @expr{2 < x < 4}.
11686 @end ifinfo
11687 @tex
11688 Calc supports several varieties of intervals, including \dfn{closed}
11689 intervals of the type shown above, \dfn{open} intervals such as
11690 \samp{(2 ..\: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11691 \emph{exclusive}, and \dfn{semi-open} intervals in which one end
11692 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11693 terms,
11694 $$ \eqalign{
11695    [2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x \le 4  \cr
11696    [2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x  <  4  \cr
11697    (2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x \le 4  \cr
11698    (2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x  <  4  \cr
11699 } $$
11700 @end tex
11702 The lower and upper limits of an interval must be either real numbers
11703 (or HMS or date forms), or symbolic expressions which are assumed to be
11704 real-valued, or @samp{-inf} and @samp{inf}.  In general the lower limit
11705 must be less than the upper limit.  A closed interval containing only
11706 one value, @samp{[3 ..@: 3]}, is converted to a plain number (3)
11707 automatically.  An interval containing no values at all (such as
11708 @samp{[3 ..@: 2]} or @samp{[2 ..@: 2)}) can be represented but is not
11709 guaranteed to behave well when used in arithmetic.  Note that the
11710 interval @samp{[3 .. inf)} represents all real numbers greater than
11711 or equal to 3, and @samp{(-inf .. inf)} represents all real numbers.
11712 In fact, @samp{[-inf .. inf]} represents all real numbers including
11713 the real infinities.
11715 Intervals are entered in the notation shown here, either as algebraic
11716 formulas, or using incomplete forms.  (@xref{Incomplete Objects}.)
11717 In algebraic formulas, multiple periods in a row are collected from
11718 left to right, so that @samp{1...1e2} is interpreted as @samp{1.0 ..@: 1e2}
11719 rather than @samp{1 ..@: 0.1e2}.  Add spaces or zeros if you want to
11720 get the other interpretation.  If you omit the lower or upper limit,
11721 a default of @samp{-inf} or @samp{inf} (respectively) is furnished.
11723 Infinite mode also affects operations on intervals
11724 (@pxref{Infinities}).  Calc will always introduce an open infinity,
11725 as in @samp{1 / (0 .. 2] = [0.5 .. inf)}.  But closed infinities,
11726 @w{@samp{1 / [0 .. 2] = [0.5 .. inf]}}, arise only in Infinite mode;
11727 otherwise they are left unevaluated.  Note that the ``direction'' of
11728 a zero is not an issue in this case since the zero is always assumed
11729 to be continuous with the rest of the interval.  For intervals that
11730 contain zero inside them Calc is forced to give the result,
11731 @samp{1 / (-2 .. 2) = [-inf .. inf]}.
11733 While it may seem that intervals and error forms are similar, they are
11734 based on entirely different concepts of inexact quantities.  An error
11735 form 
11736 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11737 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}' 
11738 means a variable is random, and its value could
11739 be anything but is ``probably'' within one 
11740 @texline @math{\sigma} 
11741 @infoline @var{sigma} 
11742 of the mean value @expr{x}. An interval 
11743 `@tfn{[}@var{a} @tfn{..@:} @var{b}@tfn{]}' means a
11744 variable's value is unknown, but guaranteed to lie in the specified
11745 range.  Error forms are statistical or ``average case'' approximations;
11746 interval arithmetic tends to produce ``worst case'' bounds on an
11747 answer.
11749 Intervals may not contain complex numbers, but they may contain
11750 HMS forms or date forms.
11752 @xref{Set Operations}, for commands that interpret interval forms
11753 as subsets of the set of real numbers.
11755 @ignore
11756 @starindex
11757 @end ignore
11758 @tindex intv
11759 The algebraic function @samp{intv(n, a, b)} builds an interval form
11760 from @samp{a} to @samp{b}; @samp{n} is an integer code which must
11761 be 0 for @samp{(..)}, 1 for @samp{(..]}, 2 for @samp{[..)}, or
11762 3 for @samp{[..]}.
11764 Please note that in fully rigorous interval arithmetic, care would be
11765 taken to make sure that the computation of the lower bound rounds toward
11766 minus infinity, while upper bound computations round toward plus
11767 infinity.  Calc's arithmetic always uses a round-to-nearest mode,
11768 which means that roundoff errors could creep into an interval
11769 calculation to produce intervals slightly smaller than they ought to
11770 be.  For example, entering @samp{[1..2]} and pressing @kbd{Q 2 ^}
11771 should yield the interval @samp{[1..2]} again, but in fact it yields the
11772 (slightly too small) interval @samp{[1..1.9999999]} due to roundoff
11773 error.
11775 @node Incomplete Objects, Variables, Interval Forms, Data Types
11776 @section Incomplete Objects
11778 @noindent
11779 @ignore
11780 @mindex [ ]
11781 @end ignore
11782 @kindex [
11783 @ignore
11784 @mindex ( )
11785 @end ignore
11786 @kindex (
11787 @kindex ,
11788 @ignore
11789 @mindex @null
11790 @end ignore
11791 @kindex ]
11792 @ignore
11793 @mindex @null
11794 @end ignore
11795 @kindex )
11796 @cindex Incomplete vectors
11797 @cindex Incomplete complex numbers
11798 @cindex Incomplete interval forms
11799 When @kbd{(} or @kbd{[} is typed to begin entering a complex number or
11800 vector, respectively, the effect is to push an @dfn{incomplete} complex
11801 number or vector onto the stack.  The @kbd{,} key adds the value(s) at
11802 the top of the stack onto the current incomplete object.  The @kbd{)}
11803 and @kbd{]} keys ``close'' the incomplete object after adding any values
11804 on the top of the stack in front of the incomplete object.
11806 As a result, the sequence of keystrokes @kbd{[ 2 , 3 @key{RET} 2 * , 9 ]}
11807 pushes the vector @samp{[2, 6, 9]} onto the stack.  Likewise, @kbd{( 1 , 2 Q )}
11808 pushes the complex number @samp{(1, 1.414)} (approximately).
11810 If several values lie on the stack in front of the incomplete object,
11811 all are collected and appended to the object.  Thus the @kbd{,} key
11812 is redundant:  @kbd{[ 2 @key{RET} 3 @key{RET} 2 * 9 ]}.  Some people
11813 prefer the equivalent @key{SPC} key to @key{RET}.
11815 As a special case, typing @kbd{,} immediately after @kbd{(}, @kbd{[}, or
11816 @kbd{,} adds a zero or duplicates the preceding value in the list being
11817 formed.  Typing @key{DEL} during incomplete entry removes the last item
11818 from the list.
11820 @kindex ;
11821 The @kbd{;} key is used in the same way as @kbd{,} to create polar complex
11822 numbers:  @kbd{( 1 ; 2 )}.  When entering a vector, @kbd{;} is useful for
11823 creating a matrix.  In particular, @kbd{[ [ 1 , 2 ; 3 , 4 ; 5 , 6 ] ]} is
11824 equivalent to @kbd{[ [ 1 , 2 ] , [ 3 , 4 ] , [ 5 , 6 ] ]}.
11826 @kindex ..
11827 @pindex calc-dots
11828 Incomplete entry is also used to enter intervals.  For example,
11829 @kbd{[ 2 ..@: 4 )} enters a semi-open interval.  Note that when you type
11830 the first period, it will be interpreted as a decimal point, but when
11831 you type a second period immediately afterward, it is re-interpreted as
11832 part of the interval symbol.  Typing @kbd{..} corresponds to executing
11833 the @code{calc-dots} command.
11835 If you find incomplete entry distracting, you may wish to enter vectors
11836 and complex numbers as algebraic formulas by pressing the apostrophe key.
11838 @node Variables, Formulas, Incomplete Objects, Data Types
11839 @section Variables
11841 @noindent
11842 @cindex Variables, in formulas
11843 A @dfn{variable} is somewhere between a storage register on a conventional
11844 calculator, and a variable in a programming language.  (In fact, a Calc
11845 variable is really just an Emacs Lisp variable that contains a Calc number
11846 or formula.)  A variable's name is normally composed of letters and digits.
11847 Calc also allows apostrophes and @code{#} signs in variable names.
11848 (The Calc variable @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp variable
11849 @code{var-foo}, but unless you access the variable from within Emacs
11850 Lisp, you don't need to worry about it.  Variable names in algebraic
11851 formulas implicitly have @samp{var-} prefixed to their names.  The
11852 @samp{#} character in variable names used in algebraic formulas
11853 corresponds to a dash @samp{-} in the Lisp variable name.  If the name
11854 contains any dashes, the prefix @samp{var-} is @emph{not} automatically
11855 added.  Thus the two formulas @samp{foo + 1} and @samp{var#foo + 1} both
11856 refer to the same variable.)
11858 In a command that takes a variable name, you can either type the full
11859 name of a variable, or type a single digit to use one of the special
11860 convenience variables @code{q0} through @code{q9}.  For example,
11861 @kbd{3 s s 2} stores the number 3 in variable @code{q2}, and
11862 @w{@kbd{3 s s foo @key{RET}}} stores that number in variable
11863 @code{foo}.
11865 To push a variable itself (as opposed to the variable's value) on the
11866 stack, enter its name as an algebraic expression using the apostrophe
11867 (@key{'}) key.
11869 @kindex =
11870 @pindex calc-evaluate
11871 @cindex Evaluation of variables in a formula
11872 @cindex Variables, evaluation
11873 @cindex Formulas, evaluation
11874 The @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) key ``evaluates'' a formula by
11875 replacing all variables in the formula which have been given values by a
11876 @code{calc-store} or @code{calc-let} command by their stored values.
11877 Other variables are left alone.  Thus a variable that has not been
11878 stored acts like an abstract variable in algebra; a variable that has
11879 been stored acts more like a register in a traditional calculator.
11880 With a positive numeric prefix argument, @kbd{=} evaluates the top
11881 @var{n} stack entries; with a negative argument, @kbd{=} evaluates
11882 the @var{n}th stack entry.
11884 @cindex @code{e} variable
11885 @cindex @code{pi} variable
11886 @cindex @code{i} variable
11887 @cindex @code{phi} variable
11888 @cindex @code{gamma} variable
11889 @vindex e
11890 @vindex pi
11891 @vindex i
11892 @vindex phi
11893 @vindex gamma
11894 A few variables are called @dfn{special constants}.  Their names are
11895 @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi}, and @samp{gamma}.
11896 (@xref{Scientific Functions}.)  When they are evaluated with @kbd{=},
11897 their values are calculated if necessary according to the current precision
11898 or complex polar mode.  If you wish to use these symbols for other purposes,
11899 simply undefine or redefine them using @code{calc-store}.
11901 The variables @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} stand for
11902 infinite or indeterminate values.  It's best not to use them as
11903 regular variables, since Calc uses special algebraic rules when
11904 it manipulates them.  Calc displays a warning message if you store
11905 a value into any of these special variables.
11907 @xref{Store and Recall}, for a discussion of commands dealing with variables.
11909 @node Formulas, , Variables, Data Types
11910 @section Formulas
11912 @noindent
11913 @cindex Formulas
11914 @cindex Expressions
11915 @cindex Operators in formulas
11916 @cindex Precedence of operators
11917 When you press the apostrophe key you may enter any expression or formula
11918 in algebraic form.  (Calc uses the terms ``expression'' and ``formula''
11919 interchangeably.)  An expression is built up of numbers, variable names,
11920 and function calls, combined with various arithmetic operators.
11921 Parentheses may
11922 be used to indicate grouping.  Spaces are ignored within formulas, except
11923 that spaces are not permitted within variable names or numbers.
11924 Arithmetic operators, in order from highest to lowest precedence, and
11925 with their equivalent function names, are:
11927 @samp{_} [@code{subscr}] (subscripts);
11929 postfix @samp{%} [@code{percent}] (as in @samp{25% = 0.25});
11931 prefix @samp{+} and @samp{-} [@code{neg}] (as in @samp{-x})
11932 and prefix @samp{!} [@code{lnot}] (logical ``not,'' as in @samp{!x});
11934 @samp{+/-} [@code{sdev}] (the standard deviation symbol) and
11935 @samp{mod} [@code{makemod}] (the symbol for modulo forms);
11937 postfix @samp{!} [@code{fact}] (factorial, as in @samp{n!})
11938 and postfix @samp{!!} [@code{dfact}] (double factorial);
11940 @samp{^} [@code{pow}] (raised-to-the-power-of);
11942 @samp{*} [@code{mul}];
11944 @samp{/} [@code{div}], @samp{%} [@code{mod}] (modulo), and
11945 @samp{\} [@code{idiv}] (integer division);
11947 infix @samp{+} [@code{add}] and @samp{-} [@code{sub}] (as in @samp{x-y});
11949 @samp{|} [@code{vconcat}] (vector concatenation);
11951 relations @samp{=} [@code{eq}], @samp{!=} [@code{neq}], @samp{<} [@code{lt}],
11952 @samp{>} [@code{gt}], @samp{<=} [@code{leq}], and @samp{>=} [@code{geq}];
11954 @samp{&&} [@code{land}] (logical ``and'');
11956 @samp{||} [@code{lor}] (logical ``or'');
11958 the C-style ``if'' operator @samp{a?b:c} [@code{if}];
11960 @samp{!!!} [@code{pnot}] (rewrite pattern ``not'');
11962 @samp{&&&} [@code{pand}] (rewrite pattern ``and'');
11964 @samp{|||} [@code{por}] (rewrite pattern ``or'');
11966 @samp{:=} [@code{assign}] (for assignments and rewrite rules);
11968 @samp{::} [@code{condition}] (rewrite pattern condition);
11970 @samp{=>} [@code{evalto}].
11972 Note that, unlike in usual computer notation, multiplication binds more
11973 strongly than division:  @samp{a*b/c*d} is equivalent to 
11974 @texline @math{a b \over c d}.
11975 @infoline @expr{(a*b)/(c*d)}.
11977 @cindex Multiplication, implicit
11978 @cindex Implicit multiplication
11979 The multiplication sign @samp{*} may be omitted in many cases.  In particular,
11980 if the righthand side is a number, variable name, or parenthesized
11981 expression, the @samp{*} may be omitted.  Implicit multiplication has the
11982 same precedence as the explicit @samp{*} operator.  The one exception to
11983 the rule is that a variable name followed by a parenthesized expression,
11984 as in @samp{f(x)},
11985 is interpreted as a function call, not an implicit @samp{*}.  In many
11986 cases you must use a space if you omit the @samp{*}:  @samp{2a} is the
11987 same as @samp{2*a}, and @samp{a b} is the same as @samp{a*b}, but @samp{ab}
11988 is a variable called @code{ab}, @emph{not} the product of @samp{a} and
11989 @samp{b}!  Also note that @samp{f (x)} is still a function call.
11991 @cindex Implicit comma in vectors
11992 The rules are slightly different for vectors written with square brackets.
11993 In vectors, the space character is interpreted (like the comma) as a
11994 separator of elements of the vector.  Thus @w{@samp{[ 2a b+c d ]}} is
11995 equivalent to @samp{[2*a, b+c, d]}, whereas @samp{2a b+c d} is equivalent
11996 to @samp{2*a*b + c*d}.
11997 Note that spaces around the brackets, and around explicit commas, are
11998 ignored.  To force spaces to be interpreted as multiplication you can
11999 enclose a formula in parentheses as in @samp{[(a b) 2(c d)]}, which is
12000 interpreted as @samp{[a*b, 2*c*d]}.  An implicit comma is also inserted
12001 between @samp{][}, as in the matrix @samp{[[1 2][3 4]]}.
12003 Vectors that contain commas (not embedded within nested parentheses or
12004 brackets) do not treat spaces specially:  @samp{[a b, 2 c d]} is a vector
12005 of two elements.  Also, if it would be an error to treat spaces as
12006 separators, but not otherwise, then Calc will ignore spaces:
12007 @w{@samp{[a - b]}} is a vector of one element, but @w{@samp{[a -b]}} is
12008 a vector of two elements.  Finally, vectors entered with curly braces
12009 instead of square brackets do not give spaces any special treatment.
12010 When Calc displays a vector that does not contain any commas, it will
12011 insert parentheses if necessary to make the meaning clear:
12012 @w{@samp{[(a b)]}}.
12014 The expression @samp{5%-2} is ambiguous; is this five-percent minus two,
12015 or five modulo minus-two?  Calc always interprets the leftmost symbol as
12016 an infix operator preferentially (modulo, in this case), so you would
12017 need to write @samp{(5%)-2} to get the former interpretation.
12019 @cindex Function call notation
12020 A function call is, e.g., @samp{sin(1+x)}.  (The Calc algebraic function
12021 @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp function @code{calcFunc-foo},
12022 but unless you access the function from within Emacs Lisp, you don't
12023 need to worry about it.)  Most mathematical Calculator commands like
12024 @code{calc-sin} have function equivalents like @code{sin}.
12025 If no Lisp function is defined for a function called by a formula, the
12026 call is left as it is during algebraic manipulation: @samp{f(x+y)} is
12027 left alone.  Beware that many innocent-looking short names like @code{in}
12028 and @code{re} have predefined meanings which could surprise you; however,
12029 single letters or single letters followed by digits are always safe to
12030 use for your own function names.  @xref{Function Index}.
12032 In the documentation for particular commands, the notation @kbd{H S}
12033 (@code{calc-sinh}) [@code{sinh}] means that the key sequence @kbd{H S}, the
12034 command @kbd{M-x calc-sinh}, and the algebraic function @code{sinh(x)} all
12035 represent the same operation.
12037 Commands that interpret (``parse'') text as algebraic formulas include
12038 algebraic entry (@kbd{'}), editing commands like @kbd{`} which parse
12039 the contents of the editing buffer when you finish, the @kbd{C-x * g}
12040 and @w{@kbd{C-x * r}} commands, the @kbd{C-y} command, the X window system
12041 ``paste'' mouse operation, and Embedded mode.  All of these operations
12042 use the same rules for parsing formulas; in particular, language modes
12043 (@pxref{Language Modes}) affect them all in the same way.
12045 When you read a large amount of text into the Calculator (say a vector
12046 which represents a big set of rewrite rules; @pxref{Rewrite Rules}),
12047 you may wish to include comments in the text.  Calc's formula parser
12048 ignores the symbol @samp{%%} and anything following it on a line:
12050 @example
12051 [ a + b,   %% the sum of "a" and "b"
12052   c + d,
12053   %% last line is coming up:
12054   e + f ]
12055 @end example
12057 @noindent
12058 This is parsed exactly the same as @samp{[ a + b, c + d, e + f ]}.
12060 @xref{Syntax Tables}, for a way to create your own operators and other
12061 input notations.  @xref{Compositions}, for a way to create new display
12062 formats.
12064 @xref{Algebra}, for commands for manipulating formulas symbolically.
12066 @node Stack and Trail, Mode Settings, Data Types, Top
12067 @chapter Stack and Trail Commands
12069 @noindent
12070 This chapter describes the Calc commands for manipulating objects on the
12071 stack and in the trail buffer.  (These commands operate on objects of any
12072 type, such as numbers, vectors, formulas, and incomplete objects.)
12074 @menu
12075 * Stack Manipulation::
12076 * Editing Stack Entries::
12077 * Trail Commands::
12078 * Keep Arguments::
12079 @end menu
12081 @node Stack Manipulation, Editing Stack Entries, Stack and Trail, Stack and Trail
12082 @section Stack Manipulation Commands
12084 @noindent
12085 @kindex @key{RET}
12086 @kindex @key{SPC}
12087 @pindex calc-enter
12088 @cindex Duplicating stack entries
12089 To duplicate the top object on the stack, press @key{RET} or @key{SPC}
12090 (two equivalent keys for the @code{calc-enter} command).
12091 Given a positive numeric prefix argument, these commands duplicate
12092 several elements at the top of the stack.
12093 Given a negative argument,
12094 these commands duplicate the specified element of the stack.
12095 Given an argument of zero, they duplicate the entire stack.
12096 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
12097 @key{RET} creates @samp{10 20 30 30},
12098 @kbd{C-u 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20 30},
12099 @kbd{C-u - 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20}, and
12100 @kbd{C-u 0 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 10 20 30}.
12102 @kindex @key{LFD}
12103 @pindex calc-over
12104 The @key{LFD} (@code{calc-over}) command (on a key marked Line-Feed if you
12105 have it, else on @kbd{C-j}) is like @code{calc-enter}
12106 except that the sign of the numeric prefix argument is interpreted
12107 oppositely.  Also, with no prefix argument the default argument is 2.
12108 Thus with @samp{10 20 30} on the stack, @key{LFD} and @kbd{C-u 2 @key{LFD}}
12109 are both equivalent to @kbd{C-u - 2 @key{RET}}, producing
12110 @samp{10 20 30 20}.
12112 @kindex @key{DEL}
12113 @kindex C-d
12114 @pindex calc-pop
12115 @cindex Removing stack entries
12116 @cindex Deleting stack entries
12117 To remove the top element from the stack, press @key{DEL} (@code{calc-pop}).
12118 The @kbd{C-d} key is a synonym for @key{DEL}.
12119 (If the top element is an incomplete object with at least one element, the
12120 last element is removed from it.)  Given a positive numeric prefix argument,
12121 several elements are removed.  Given a negative argument, the specified
12122 element of the stack is deleted.  Given an argument of zero, the entire
12123 stack is emptied.
12124 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
12125 @key{DEL} leaves @samp{10 20},
12126 @kbd{C-u 2 @key{DEL}} leaves @samp{10},
12127 @kbd{C-u - 2 @key{DEL}} leaves @samp{10 30}, and
12128 @kbd{C-u 0 @key{DEL}} leaves an empty stack.
12130 @kindex M-@key{DEL}
12131 @pindex calc-pop-above
12132 The @kbd{M-@key{DEL}} (@code{calc-pop-above}) command is to @key{DEL} what
12133 @key{LFD} is to @key{RET}:  It interprets the sign of the numeric
12134 prefix argument in the opposite way, and the default argument is 2.
12135 Thus @kbd{M-@key{DEL}} by itself removes the second-from-top stack element,
12136 leaving the first, third, fourth, and so on; @kbd{M-3 M-@key{DEL}} deletes
12137 the third stack element.
12139 @kindex @key{TAB}
12140 @pindex calc-roll-down
12141 To exchange the top two elements of the stack, press @key{TAB}
12142 (@code{calc-roll-down}).  Given a positive numeric prefix argument, the
12143 specified number of elements at the top of the stack are rotated downward.
12144 Given a negative argument, the entire stack is rotated downward the specified
12145 number of times.  Given an argument of zero, the entire stack is reversed
12146 top-for-bottom.
12147 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
12148 @key{TAB} creates @samp{10 20 30 50 40},
12149 @kbd{C-u 3 @key{TAB}} creates @samp{10 20 50 30 40},
12150 @kbd{C-u - 2 @key{TAB}} creates @samp{40 50 10 20 30}, and
12151 @kbd{C-u 0 @key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
12153 @kindex M-@key{TAB}
12154 @pindex calc-roll-up
12155 The command @kbd{M-@key{TAB}} (@code{calc-roll-up}) is analogous to @key{TAB}
12156 except that it rotates upward instead of downward.  Also, the default
12157 with no prefix argument is to rotate the top 3 elements.
12158 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
12159 @kbd{M-@key{TAB}} creates @samp{10 20 40 50 30},
12160 @kbd{C-u 4 M-@key{TAB}} creates @samp{10 30 40 50 20},
12161 @kbd{C-u - 2 M-@key{TAB}} creates @samp{30 40 50 10 20}, and
12162 @kbd{C-u 0 M-@key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
12164 A good way to view the operation of @key{TAB} and @kbd{M-@key{TAB}} is in
12165 terms of moving a particular element to a new position in the stack.
12166 With a positive argument @var{n}, @key{TAB} moves the top stack
12167 element down to level @var{n}, making room for it by pulling all the
12168 intervening stack elements toward the top.  @kbd{M-@key{TAB}} moves the
12169 element at level @var{n} up to the top.  (Compare with @key{LFD},
12170 which copies instead of moving the element in level @var{n}.)
12172 With a negative argument @mathit{-@var{n}}, @key{TAB} rotates the stack
12173 to move the object in level @var{n} to the deepest place in the
12174 stack, and the object in level @mathit{@var{n}+1} to the top.  @kbd{M-@key{TAB}}
12175 rotates the deepest stack element to be in level @mathit{n}, also
12176 putting the top stack element in level @mathit{@var{n}+1}.
12178 @xref{Selecting Subformulas}, for a way to apply these commands to
12179 any portion of a vector or formula on the stack.
12181 @node Editing Stack Entries, Trail Commands, Stack Manipulation, Stack and Trail
12182 @section Editing Stack Entries
12184 @noindent
12185 @kindex `
12186 @pindex calc-edit
12187 @pindex calc-edit-finish
12188 @cindex Editing the stack with Emacs
12189 The backquote, @kbd{`} (@code{calc-edit}) command creates a temporary
12190 buffer (@samp{*Calc Edit*}) for editing the top-of-stack value using
12191 regular Emacs commands.  With a numeric prefix argument, it edits the
12192 specified number of stack entries at once.  (An argument of zero edits
12193 the entire stack; a negative argument edits one specific stack entry.)
12195 When you are done editing, press @kbd{C-c C-c} to finish and return
12196 to Calc.  The @key{RET} and @key{LFD} keys also work to finish most
12197 sorts of editing, though in some cases Calc leaves @key{RET} with its
12198 usual meaning (``insert a newline'') if it's a situation where you
12199 might want to insert new lines into the editing buffer.
12201 When you finish editing, the Calculator parses the lines of text in
12202 the @samp{*Calc Edit*} buffer as numbers or formulas, replaces the
12203 original stack elements in the original buffer with these new values,
12204 then kills the @samp{*Calc Edit*} buffer.  The original Calculator buffer
12205 continues to exist during editing, but for best results you should be
12206 careful not to change it until you have finished the edit.  You can
12207 also cancel the edit by killing the buffer with @kbd{C-x k}.
12209 The formula is normally reevaluated as it is put onto the stack.
12210 For example, editing @samp{a + 2} to @samp{3 + 2} and pressing
12211 @kbd{C-c C-c} will push 5 on the stack.  If you use @key{LFD} to
12212 finish, Calc will put the result on the stack without evaluating it.
12214 If you give a prefix argument to @kbd{C-c C-c},
12215 Calc will not kill the @samp{*Calc Edit*} buffer.  You can switch
12216 back to that buffer and continue editing if you wish.  However, you
12217 should understand that if you initiated the edit with @kbd{`}, the
12218 @kbd{C-c C-c} operation will be programmed to replace the top of the
12219 stack with the new edited value, and it will do this even if you have
12220 rearranged the stack in the meanwhile.  This is not so much of a problem
12221 with other editing commands, though, such as @kbd{s e}
12222 (@code{calc-edit-variable}; @pxref{Operations on Variables}).
12224 If the @code{calc-edit} command involves more than one stack entry,
12225 each line of the @samp{*Calc Edit*} buffer is interpreted as a
12226 separate formula.  Otherwise, the entire buffer is interpreted as
12227 one formula, with line breaks ignored.  (You can use @kbd{C-o} or
12228 @kbd{C-q C-j} to insert a newline in the buffer without pressing @key{RET}.)
12230 The @kbd{`} key also works during numeric or algebraic entry.  The
12231 text entered so far is moved to the @code{*Calc Edit*} buffer for
12232 more extensive editing than is convenient in the minibuffer.
12234 @node Trail Commands, Keep Arguments, Editing Stack Entries, Stack and Trail
12235 @section Trail Commands
12237 @noindent
12238 @cindex Trail buffer
12239 The commands for manipulating the Calc Trail buffer are two-key sequences
12240 beginning with the @kbd{t} prefix.
12242 @kindex t d
12243 @pindex calc-trail-display
12244 The @kbd{t d} (@code{calc-trail-display}) command turns display of the
12245 trail on and off.  Normally the trail display is toggled on if it was off,
12246 off if it was on.  With a numeric prefix of zero, this command always
12247 turns the trail off; with a prefix of one, it always turns the trail on.
12248 The other trail-manipulation commands described here automatically turn
12249 the trail on.  Note that when the trail is off values are still recorded
12250 there; they are simply not displayed.  To set Emacs to turn the trail
12251 off by default, type @kbd{t d} and then save the mode settings with
12252 @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}).
12254 @kindex t i
12255 @pindex calc-trail-in
12256 @kindex t o
12257 @pindex calc-trail-out
12258 The @kbd{t i} (@code{calc-trail-in}) and @kbd{t o}
12259 (@code{calc-trail-out}) commands switch the cursor into and out of the
12260 Calc Trail window.  In practice they are rarely used, since the commands
12261 shown below are a more convenient way to move around in the
12262 trail, and they work ``by remote control'' when the cursor is still
12263 in the Calculator window.
12265 @cindex Trail pointer
12266 There is a @dfn{trail pointer} which selects some entry of the trail at
12267 any given time.  The trail pointer looks like a @samp{>} symbol right
12268 before the selected number.  The following commands operate on the
12269 trail pointer in various ways.
12271 @kindex t y
12272 @pindex calc-trail-yank
12273 @cindex Retrieving previous results
12274 The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command reads the selected value in
12275 the trail and pushes it onto the Calculator stack.  It allows you to
12276 re-use any previously computed value without retyping.  With a numeric
12277 prefix argument @var{n}, it yanks the value @var{n} lines above the current
12278 trail pointer.
12280 @kindex t <
12281 @pindex calc-trail-scroll-left
12282 @kindex t >
12283 @pindex calc-trail-scroll-right
12284 The @kbd{t <} (@code{calc-trail-scroll-left}) and @kbd{t >}
12285 (@code{calc-trail-scroll-right}) commands horizontally scroll the trail
12286 window left or right by one half of its width.
12288 @kindex t n
12289 @pindex calc-trail-next
12290 @kindex t p
12291 @pindex calc-trail-previous
12292 @kindex t f
12293 @pindex calc-trail-forward
12294 @kindex t b
12295 @pindex calc-trail-backward
12296 The @kbd{t n} (@code{calc-trail-next}) and @kbd{t p}
12297 (@code{calc-trail-previous)} commands move the trail pointer down or up
12298 one line.  The @kbd{t f} (@code{calc-trail-forward}) and @kbd{t b}
12299 (@code{calc-trail-backward}) commands move the trail pointer down or up
12300 one screenful at a time.  All of these commands accept numeric prefix
12301 arguments to move several lines or screenfuls at a time.
12303 @kindex t [
12304 @pindex calc-trail-first
12305 @kindex t ]
12306 @pindex calc-trail-last
12307 @kindex t h
12308 @pindex calc-trail-here
12309 The @kbd{t [} (@code{calc-trail-first}) and @kbd{t ]}
12310 (@code{calc-trail-last}) commands move the trail pointer to the first or
12311 last line of the trail.  The @kbd{t h} (@code{calc-trail-here}) command
12312 moves the trail pointer to the cursor position; unlike the other trail
12313 commands, @kbd{t h} works only when Calc Trail is the selected window.
12315 @kindex t s
12316 @pindex calc-trail-isearch-forward
12317 @kindex t r
12318 @pindex calc-trail-isearch-backward
12319 @ifinfo
12320 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12321 (@code{calc-trail-isearch-backward}) commands perform an incremental
12322 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12323 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12324 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12325 it was when the search began.
12326 @end ifinfo
12327 @tex
12328 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
12329 (@code{calc-trail-isearch-backward}) com\-mands perform an incremental
12330 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
12331 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
12332 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
12333 it was when the search began.
12334 @end tex
12336 @kindex t m
12337 @pindex calc-trail-marker
12338 The @kbd{t m} (@code{calc-trail-marker}) command allows you to enter a
12339 line of text of your own choosing into the trail.  The text is inserted
12340 after the line containing the trail pointer; this usually means it is
12341 added to the end of the trail.  Trail markers are useful mainly as the
12342 targets for later incremental searches in the trail.
12344 @kindex t k
12345 @pindex calc-trail-kill
12346 The @kbd{t k} (@code{calc-trail-kill}) command removes the selected line
12347 from the trail.  The line is saved in the Emacs kill ring suitable for
12348 yanking into another buffer, but it is not easy to yank the text back
12349 into the trail buffer.  With a numeric prefix argument, this command
12350 kills the @var{n} lines below or above the selected one.
12352 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command is described
12353 elsewhere; @pxref{Vector and Matrix Formats}.
12355 @node Keep Arguments, , Trail Commands, Stack and Trail
12356 @section Keep Arguments
12358 @noindent
12359 @kindex K
12360 @pindex calc-keep-args
12361 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command acts like a prefix for
12362 the following command.  It prevents that command from removing its
12363 arguments from the stack.  For example, after @kbd{2 @key{RET} 3 +},
12364 the stack contains the sole number 5, but after @kbd{2 @key{RET} 3 K +},
12365 the stack contains the arguments and the result: @samp{2 3 5}.
12367 With the exception of keyboard macros, this works for all commands that
12368 take arguments off the stack. (To avoid potentially unpleasant behavior,
12369 a @kbd{K} prefix before a keyboard macro will be ignored.  A @kbd{K}
12370 prefix called @emph{within} the keyboard macro will still take effect.)  
12371 As another example, @kbd{K a s} simplifies a formula, pushing the
12372 simplified version of the formula onto the stack after the original
12373 formula (rather than replacing the original formula).  Note that you
12374 could get the same effect by typing @kbd{@key{RET} a s}, copying the
12375 formula and then simplifying the copy. One difference is that for a very
12376 large formula the time taken to format the intermediate copy in
12377 @kbd{@key{RET} a s} could be noticeable; @kbd{K a s} would avoid this
12378 extra work. 
12380 Even stack manipulation commands are affected.  @key{TAB} works by
12381 popping two values and pushing them back in the opposite order,
12382 so @kbd{2 @key{RET} 3 K @key{TAB}} produces @samp{2 3 3 2}.
12384 A few Calc commands provide other ways of doing the same thing.
12385 For example, @kbd{' sin($)} replaces the number on the stack with
12386 its sine using algebraic entry; to push the sine and keep the
12387 original argument you could use either @kbd{' sin($1)} or
12388 @kbd{K ' sin($)}.  @xref{Algebraic Entry}.  Also, the @kbd{s s}
12389 command is effectively the same as @kbd{K s t}.  @xref{Storing Variables}.
12391 If you execute a command and then decide you really wanted to keep
12392 the argument, you can press @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
12393 This command pushes the last arguments that were popped by any command
12394 onto the stack.  Note that the order of things on the stack will be
12395 different than with @kbd{K}:  @kbd{2 @key{RET} 3 + M-@key{RET}} leaves
12396 @samp{5 2 3} on the stack instead of @samp{2 3 5}.  @xref{Undo}.
12398 @node Mode Settings, Arithmetic, Stack and Trail, Top
12399 @chapter Mode Settings
12401 @noindent
12402 This chapter describes commands that set modes in the Calculator.
12403 They do not affect the contents of the stack, although they may change
12404 the @emph{appearance} or @emph{interpretation} of the stack's contents.
12406 @menu
12407 * General Mode Commands::
12408 * Precision::
12409 * Inverse and Hyperbolic::
12410 * Calculation Modes::
12411 * Simplification Modes::
12412 * Declarations::
12413 * Display Modes::
12414 * Language Modes::
12415 * Modes Variable::
12416 * Calc Mode Line::
12417 @end menu
12419 @node General Mode Commands, Precision, Mode Settings, Mode Settings
12420 @section General Mode Commands
12422 @noindent
12423 @kindex m m
12424 @pindex calc-save-modes
12425 @cindex Continuous memory
12426 @cindex Saving mode settings
12427 @cindex Permanent mode settings
12428 @cindex Calc init file, mode settings
12429 You can save all of the current mode settings in your Calc init file 
12430 (the file given by the variable @code{calc-settings-file}, typically
12431 @file{~/.calc.el}) with the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.
12432 This will cause Emacs to reestablish these modes each time it starts up.
12433 The modes saved in the file include everything controlled by the @kbd{m}
12434 and @kbd{d} prefix keys, the current precision and binary word size,
12435 whether or not the trail is displayed, the current height of the Calc
12436 window, and more.  The current interface (used when you type @kbd{C-x * *}) 
12437 is also saved.  If there were already saved mode settings in the
12438 file, they are replaced.  Otherwise, the new mode information is
12439 appended to the end of the file.
12441 @kindex m R
12442 @pindex calc-mode-record-mode
12443 The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command tells Calc to
12444 record all the mode settings (as if by pressing @kbd{m m}) every
12445 time a mode setting changes.  If the modes are saved this way, then this
12446 ``automatic mode recording'' mode is also saved.
12447 Type @kbd{m R} again to disable this method of recording the mode
12448 settings.  To turn it off permanently, the @kbd{m m} command will also be
12449 necessary.   (If Embedded mode is enabled, other options for recording
12450 the modes are available; @pxref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
12452 @kindex m F
12453 @pindex calc-settings-file-name
12454 The @kbd{m F} (@code{calc-settings-file-name}) command allows you to
12455 choose a different file than the current value of @code{calc-settings-file}
12456 for @kbd{m m}, @kbd{Z P}, and similar commands to save permanent information.
12457 You are prompted for a file name.  All Calc modes are then reset to
12458 their default values, then settings from the file you named are loaded
12459 if this file exists, and this file becomes the one that Calc will
12460 use in the future for commands like @kbd{m m}.  The default settings
12461 file name is @file{~/.calc.el}.  You can see the current file name by
12462 giving a blank response to the @kbd{m F} prompt.  See also the
12463 discussion of the @code{calc-settings-file} variable; @pxref{Customizing Calc}.
12465 If the file name you give is your user init file (typically
12466 @file{~/.emacs}), @kbd{m F} will not automatically load the new file.  This
12467 is because your user init file may contain other things you don't want
12468 to reread.  You can give 
12469 a numeric prefix argument of 1 to @kbd{m F} to force it to read the
12470 file no matter what.  Conversely, an argument of @mathit{-1} tells
12471 @kbd{m F} @emph{not} to read the new file.  An argument of 2 or @mathit{-2}
12472 tells @kbd{m F} not to reset the modes to their defaults beforehand,
12473 which is useful if you intend your new file to have a variant of the
12474 modes present in the file you were using before.
12476 @kindex m x
12477 @pindex calc-always-load-extensions
12478 The @kbd{m x} (@code{calc-always-load-extensions}) command enables a mode
12479 in which the first use of Calc loads the entire program, including all
12480 extensions modules.  Otherwise, the extensions modules will not be loaded
12481 until the various advanced Calc features are used.  Since this mode only
12482 has effect when Calc is first loaded, @kbd{m x} is usually followed by
12483 @kbd{m m} to make the mode-setting permanent.  To load all of Calc just
12484 once, rather than always in the future, you can press @kbd{C-x * L}.
12486 @kindex m S
12487 @pindex calc-shift-prefix
12488 The @kbd{m S} (@code{calc-shift-prefix}) command enables a mode in which
12489 all of Calc's letter prefix keys may be typed shifted as well as unshifted.
12490 If you are typing, say, @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) quite often
12491 you might find it easier to turn this mode on so that you can type
12492 @kbd{A S} instead.  When this mode is enabled, the commands that used to
12493 be on those single shifted letters (e.g., @kbd{A} (@code{calc-abs})) can
12494 now be invoked by pressing the shifted letter twice: @kbd{A A}.  Note
12495 that the @kbd{v} prefix key always works both shifted and unshifted, and
12496 the @kbd{z} and @kbd{Z} prefix keys are always distinct.  Also, the @kbd{h}
12497 prefix is not affected by this mode.  Press @kbd{m S} again to disable
12498 shifted-prefix mode.
12500 @node Precision, Inverse and Hyperbolic, General Mode Commands, Mode Settings
12501 @section Precision
12503 @noindent
12504 @kindex p
12505 @pindex calc-precision
12506 @cindex Precision of calculations
12507 The @kbd{p} (@code{calc-precision}) command controls the precision to
12508 which floating-point calculations are carried.  The precision must be
12509 at least 3 digits and may be arbitrarily high, within the limits of
12510 memory and time.  This affects only floats:  Integer and rational
12511 calculations are always carried out with as many digits as necessary.
12513 The @kbd{p} key prompts for the current precision.  If you wish you
12514 can instead give the precision as a numeric prefix argument.
12516 Many internal calculations are carried to one or two digits higher
12517 precision than normal.  Results are rounded down afterward to the
12518 current precision.  Unless a special display mode has been selected,
12519 floats are always displayed with their full stored precision, i.e.,
12520 what you see is what you get.  Reducing the current precision does not
12521 round values already on the stack, but those values will be rounded
12522 down before being used in any calculation.  The @kbd{c 0} through
12523 @kbd{c 9} commands (@pxref{Conversions}) can be used to round an
12524 existing value to a new precision.
12526 @cindex Accuracy of calculations
12527 It is important to distinguish the concepts of @dfn{precision} and
12528 @dfn{accuracy}.  In the normal usage of these words, the number
12529 123.4567 has a precision of 7 digits but an accuracy of 4 digits.
12530 The precision is the total number of digits not counting leading
12531 or trailing zeros (regardless of the position of the decimal point).
12532 The accuracy is simply the number of digits after the decimal point
12533 (again not counting trailing zeros).  In Calc you control the precision,
12534 not the accuracy of computations.  If you were to set the accuracy
12535 instead, then calculations like @samp{exp(100)} would generate many
12536 more digits than you would typically need, while @samp{exp(-100)} would
12537 probably round to zero!  In Calc, both these computations give you
12538 exactly 12 (or the requested number of) significant digits.
12540 The only Calc features that deal with accuracy instead of precision
12541 are fixed-point display mode for floats (@kbd{d f}; @pxref{Float Formats}),
12542 and the rounding functions like @code{floor} and @code{round}
12543 (@pxref{Integer Truncation}).  Also, @kbd{c 0} through @kbd{c 9}
12544 deal with both precision and accuracy depending on the magnitudes
12545 of the numbers involved.
12547 If you need to work with a particular fixed accuracy (say, dollars and
12548 cents with two digits after the decimal point), one solution is to work
12549 with integers and an ``implied'' decimal point.  For example, $8.99
12550 divided by 6 would be entered @kbd{899 @key{RET} 6 /}, yielding 149.833
12551 (actually $1.49833 with our implied decimal point); pressing @kbd{R}
12552 would round this to 150 cents, i.e., $1.50.
12554 @xref{Floats}, for still more on floating-point precision and related
12555 issues.
12557 @node Inverse and Hyperbolic, Calculation Modes, Precision, Mode Settings
12558 @section Inverse and Hyperbolic Flags
12560 @noindent
12561 @kindex I
12562 @pindex calc-inverse
12563 There is no single-key equivalent to the @code{calc-arcsin} function.
12564 Instead, you must first press @kbd{I} (@code{calc-inverse}) to set
12565 the @dfn{Inverse Flag}, then press @kbd{S} (@code{calc-sin}).
12566 The @kbd{I} key actually toggles the Inverse Flag.  When this flag
12567 is set, the word @samp{Inv} appears in the mode line.
12569 @kindex H
12570 @pindex calc-hyperbolic
12571 Likewise, the @kbd{H} key (@code{calc-hyperbolic}) sets or clears the
12572 Hyperbolic Flag, which transforms @code{calc-sin} into @code{calc-sinh}.
12573 If both of these flags are set at once, the effect will be
12574 @code{calc-arcsinh}.  (The Hyperbolic flag is also used by some
12575 non-trigonometric commands; for example @kbd{H L} computes a base-10,
12576 instead of base-@mathit{e}, logarithm.)
12578 Command names like @code{calc-arcsin} are provided for completeness, and
12579 may be executed with @kbd{x} or @kbd{M-x}.  Their effect is simply to
12580 toggle the Inverse and/or Hyperbolic flags and then execute the
12581 corresponding base command (@code{calc-sin} in this case).
12583 The Inverse and Hyperbolic flags apply only to the next Calculator
12584 command, after which they are automatically cleared.  (They are also
12585 cleared if the next keystroke is not a Calc command.)  Digits you
12586 type after @kbd{I} or @kbd{H} (or @kbd{K}) are treated as prefix
12587 arguments for the next command, not as numeric entries.  The same
12588 is true of @kbd{C-u}, but not of the minus sign (@kbd{K -} means to
12589 subtract and keep arguments).
12591 The third Calc prefix flag, @kbd{K} (keep-arguments), is discussed
12592 elsewhere.  @xref{Keep Arguments}.
12594 @node Calculation Modes, Simplification Modes, Inverse and Hyperbolic, Mode Settings
12595 @section Calculation Modes
12597 @noindent
12598 The commands in this section are two-key sequences beginning with
12599 the @kbd{m} prefix.  (That's the letter @kbd{m}, not the @key{META} key.)
12600 The @samp{m a} (@code{calc-algebraic-mode}) command is described elsewhere
12601 (@pxref{Algebraic Entry}).
12603 @menu
12604 * Angular Modes::
12605 * Polar Mode::
12606 * Fraction Mode::
12607 * Infinite Mode::
12608 * Symbolic Mode::
12609 * Matrix Mode::
12610 * Automatic Recomputation::
12611 * Working Message::
12612 @end menu
12614 @node Angular Modes, Polar Mode, Calculation Modes, Calculation Modes
12615 @subsection Angular Modes
12617 @noindent
12618 @cindex Angular mode
12619 The Calculator supports three notations for angles: radians, degrees,
12620 and degrees-minutes-seconds.  When a number is presented to a function
12621 like @code{sin} that requires an angle, the current angular mode is
12622 used to interpret the number as either radians or degrees.  If an HMS
12623 form is presented to @code{sin}, it is always interpreted as
12624 degrees-minutes-seconds.
12626 Functions that compute angles produce a number in radians, a number in
12627 degrees, or an HMS form depending on the current angular mode.  If the
12628 result is a complex number and the current mode is HMS, the number is
12629 instead expressed in degrees.  (Complex-number calculations would
12630 normally be done in Radians mode, though.  Complex numbers are converted
12631 to degrees by calculating the complex result in radians and then
12632 multiplying by 180 over @cpi{}.)
12634 @kindex m r
12635 @pindex calc-radians-mode
12636 @kindex m d
12637 @pindex calc-degrees-mode
12638 @kindex m h
12639 @pindex calc-hms-mode
12640 The @kbd{m r} (@code{calc-radians-mode}), @kbd{m d} (@code{calc-degrees-mode}),
12641 and @kbd{m h} (@code{calc-hms-mode}) commands control the angular mode.
12642 The current angular mode is displayed on the Emacs mode line.
12643 The default angular mode is Degrees.
12645 @node Polar Mode, Fraction Mode, Angular Modes, Calculation Modes
12646 @subsection Polar Mode
12648 @noindent
12649 @cindex Polar mode
12650 The Calculator normally ``prefers'' rectangular complex numbers in the
12651 sense that rectangular form is used when the proper form can not be
12652 decided from the input.  This might happen by multiplying a rectangular
12653 number by a polar one, by taking the square root of a negative real
12654 number, or by entering @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )}.
12656 @kindex m p
12657 @pindex calc-polar-mode
12658 The @kbd{m p} (@code{calc-polar-mode}) command toggles complex-number
12659 preference between rectangular and polar forms.  In Polar mode, all
12660 of the above example situations would produce polar complex numbers.
12662 @node Fraction Mode, Infinite Mode, Polar Mode, Calculation Modes
12663 @subsection Fraction Mode
12665 @noindent
12666 @cindex Fraction mode
12667 @cindex Division of integers
12668 Division of two integers normally yields a floating-point number if the
12669 result cannot be expressed as an integer.  In some cases you would
12670 rather get an exact fractional answer.  One way to accomplish this is
12671 to use the @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command, which
12672 divides the two integers on the top of the stack to produce a fraction:
12673 @kbd{6 @key{RET} 4 :} produces @expr{3:2} even though 
12674 @kbd{6 @key{RET} 4 /} produces @expr{1.5}.
12676 @kindex m f
12677 @pindex calc-frac-mode
12678 To set the Calculator to produce fractional results for normal integer
12679 divisions, use the @kbd{m f} (@code{calc-frac-mode}) command.
12680 For example, @expr{8/4} produces @expr{2} in either mode,
12681 but @expr{6/4} produces @expr{3:2} in Fraction mode, @expr{1.5} in
12682 Float mode.
12684 At any time you can use @kbd{c f} (@code{calc-float}) to convert a
12685 fraction to a float, or @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) to convert a
12686 float to a fraction.  @xref{Conversions}.
12688 @node Infinite Mode, Symbolic Mode, Fraction Mode, Calculation Modes
12689 @subsection Infinite Mode
12691 @noindent
12692 @cindex Infinite mode
12693 The Calculator normally treats results like @expr{1 / 0} as errors;
12694 formulas like this are left in unsimplified form.  But Calc can be
12695 put into a mode where such calculations instead produce ``infinite''
12696 results.
12698 @kindex m i
12699 @pindex calc-infinite-mode
12700 The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode}) command turns this mode
12701 on and off.  When the mode is off, infinities do not arise except
12702 in calculations that already had infinities as inputs.  (One exception
12703 is that infinite open intervals like @samp{[0 .. inf)} can be
12704 generated; however, intervals closed at infinity (@samp{[0 .. inf]})
12705 will not be generated when Infinite mode is off.)
12707 With Infinite mode turned on, @samp{1 / 0} will generate @code{uinf},
12708 an undirected infinity.  @xref{Infinities}, for a discussion of the
12709 difference between @code{inf} and @code{uinf}.  Also, @expr{0 / 0}
12710 evaluates to @code{nan}, the ``indeterminate'' symbol.  Various other
12711 functions can also return infinities in this mode; for example,
12712 @samp{ln(0) = -inf}, and @samp{gamma(-7) = uinf}.  Once again,
12713 note that @samp{exp(inf) = inf} regardless of Infinite mode because
12714 this calculation has infinity as an input.
12716 @cindex Positive Infinite mode
12717 The @kbd{m i} command with a numeric prefix argument of zero,
12718 i.e., @kbd{C-u 0 m i}, turns on a Positive Infinite mode in
12719 which zero is treated as positive instead of being directionless.
12720 Thus, @samp{1 / 0 = inf} and @samp{-1 / 0 = -inf} in this mode.
12721 Note that zero never actually has a sign in Calc; there are no
12722 separate representations for @mathit{+0} and @mathit{-0}.  Positive
12723 Infinite mode merely changes the interpretation given to the
12724 single symbol, @samp{0}.  One consequence of this is that, while
12725 you might expect @samp{1 / -0 = -inf}, actually @samp{1 / -0}
12726 is equivalent to @samp{1 / 0}, which is equal to positive @code{inf}.
12728 @node Symbolic Mode, Matrix Mode, Infinite Mode, Calculation Modes
12729 @subsection Symbolic Mode
12731 @noindent
12732 @cindex Symbolic mode
12733 @cindex Inexact results
12734 Calculations are normally performed numerically wherever possible.
12735 For example, the @code{calc-sqrt} command, or @code{sqrt} function in an
12736 algebraic expression, produces a numeric answer if the argument is a
12737 number or a symbolic expression if the argument is an expression:
12738 @kbd{2 Q} pushes 1.4142 but @kbd{@key{'} x+1 @key{RET} Q} pushes @samp{sqrt(x+1)}.
12740 @kindex m s
12741 @pindex calc-symbolic-mode
12742 In @dfn{Symbolic mode}, controlled by the @kbd{m s} (@code{calc-symbolic-mode})
12743 command, functions which would produce inexact, irrational results are
12744 left in symbolic form.  Thus @kbd{16 Q} pushes 4, but @kbd{2 Q} pushes
12745 @samp{sqrt(2)}.
12747 @kindex N
12748 @pindex calc-eval-num
12749 The shift-@kbd{N} (@code{calc-eval-num}) command evaluates numerically
12750 the expression at the top of the stack, by temporarily disabling
12751 @code{calc-symbolic-mode} and executing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
12752 Given a numeric prefix argument, it also
12753 sets the floating-point precision to the specified value for the duration
12754 of the command.
12756 To evaluate a formula numerically without expanding the variables it
12757 contains, you can use the key sequence @kbd{m s a v m s} (this uses
12758 @code{calc-alg-evaluate}, which resimplifies but doesn't evaluate
12759 variables.)
12761 @node Matrix Mode, Automatic Recomputation, Symbolic Mode, Calculation Modes
12762 @subsection Matrix and Scalar Modes
12764 @noindent
12765 @cindex Matrix mode
12766 @cindex Scalar mode
12767 Calc sometimes makes assumptions during algebraic manipulation that
12768 are awkward or incorrect when vectors and matrices are involved.
12769 Calc has two modes, @dfn{Matrix mode} and @dfn{Scalar mode}, which
12770 modify its behavior around vectors in useful ways.
12772 @kindex m v
12773 @pindex calc-matrix-mode
12774 Press @kbd{m v} (@code{calc-matrix-mode}) once to enter Matrix mode.
12775 In this mode, all objects are assumed to be matrices unless provably
12776 otherwise.  One major effect is that Calc will no longer consider
12777 multiplication to be commutative.  (Recall that in matrix arithmetic,
12778 @samp{A*B} is not the same as @samp{B*A}.)  This assumption affects
12779 rewrite rules and algebraic simplification.  Another effect of this
12780 mode is that calculations that would normally produce constants like
12781 0 and 1 (e.g., @expr{a - a} and @expr{a / a}, respectively) will now
12782 produce function calls that represent ``generic'' zero or identity
12783 matrices: @samp{idn(0)}, @samp{idn(1)}.  The @code{idn} function
12784 @samp{idn(@var{a},@var{n})} returns @var{a} times an @var{n}x@var{n}
12785 identity matrix; if @var{n} is omitted, it doesn't know what
12786 dimension to use and so the @code{idn} call remains in symbolic
12787 form.  However, if this generic identity matrix is later combined
12788 with a matrix whose size is known, it will be converted into
12789 a true identity matrix of the appropriate size.  On the other hand,
12790 if it is combined with a scalar (as in @samp{idn(1) + 2}), Calc
12791 will assume it really was a scalar after all and produce, e.g., 3.
12793 Press @kbd{m v} a second time to get Scalar mode.  Here, objects are
12794 assumed @emph{not} to be vectors or matrices unless provably so.
12795 For example, normally adding a variable to a vector, as in
12796 @samp{[x, y, z] + a}, will leave the sum in symbolic form because
12797 as far as Calc knows, @samp{a} could represent either a number or
12798 another 3-vector.  In Scalar mode, @samp{a} is assumed to be a
12799 non-vector, and the addition is evaluated to @samp{[x+a, y+a, z+a]}.
12801 Press @kbd{m v} a third time to return to the normal mode of operation.
12803 If you press @kbd{m v} with a numeric prefix argument @var{n}, you
12804 get a special ``dimensioned'' Matrix mode in which matrices of
12805 unknown size are assumed to be @var{n}x@var{n} square matrices.
12806 Then, the function call @samp{idn(1)} will expand into an actual
12807 matrix rather than representing a ``generic'' matrix.  Simply typing
12808 @kbd{C-u m v} will get you a square Matrix mode, in which matrices of
12809 unknown size are assumed to be square matrices of unspecified size.
12811 @cindex Declaring scalar variables
12812 Of course these modes are approximations to the true state of
12813 affairs, which is probably that some quantities will be matrices
12814 and others will be scalars.  One solution is to ``declare''
12815 certain variables or functions to be scalar-valued.
12816 @xref{Declarations}, to see how to make declarations in Calc.
12818 There is nothing stopping you from declaring a variable to be
12819 scalar and then storing a matrix in it; however, if you do, the
12820 results you get from Calc may not be valid.  Suppose you let Calc
12821 get the result @samp{[x+a, y+a, z+a]} shown above, and then stored
12822 @samp{[1, 2, 3]} in @samp{a}.  The result would not be the same as
12823 for @samp{[x, y, z] + [1, 2, 3]}, but that's because you have broken
12824 your earlier promise to Calc that @samp{a} would be scalar.
12826 Another way to mix scalars and matrices is to use selections
12827 (@pxref{Selecting Subformulas}).  Use Matrix mode when operating on
12828 your formula normally; then, to apply Scalar mode to a certain part
12829 of the formula without affecting the rest just select that part,
12830 change into Scalar mode and press @kbd{=} to resimplify the part
12831 under this mode, then change back to Matrix mode before deselecting.
12833 @node Automatic Recomputation, Working Message, Matrix Mode, Calculation Modes
12834 @subsection Automatic Recomputation
12836 @noindent
12837 The @dfn{evaluates-to} operator, @samp{=>}, has the special
12838 property that any @samp{=>} formulas on the stack are recomputed
12839 whenever variable values or mode settings that might affect them
12840 are changed.  @xref{Evaluates-To Operator}.
12842 @kindex m C
12843 @pindex calc-auto-recompute
12844 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns this
12845 automatic recomputation on and off.  If you turn it off, Calc will
12846 not update @samp{=>} operators on the stack (nor those in the
12847 attached Embedded mode buffer, if there is one).  They will not
12848 be updated unless you explicitly do so by pressing @kbd{=} or until
12849 you press @kbd{m C} to turn recomputation back on.  (While automatic
12850 recomputation is off, you can think of @kbd{m C m C} as a command
12851 to update all @samp{=>} operators while leaving recomputation off.)
12853 To update @samp{=>} operators in an Embedded buffer while
12854 automatic recomputation is off, use @w{@kbd{C-x * u}}.
12855 @xref{Embedded Mode}.
12857 @node Working Message, , Automatic Recomputation, Calculation Modes
12858 @subsection Working Messages
12860 @noindent
12861 @cindex Performance
12862 @cindex Working messages
12863 Since the Calculator is written entirely in Emacs Lisp, which is not
12864 designed for heavy numerical work, many operations are quite slow.
12865 The Calculator normally displays the message @samp{Working...} in the
12866 echo area during any command that may be slow.  In addition, iterative
12867 operations such as square roots and trigonometric functions display the
12868 intermediate result at each step.  Both of these types of messages can
12869 be disabled if you find them distracting.
12871 @kindex m w
12872 @pindex calc-working
12873 Type @kbd{m w} (@code{calc-working}) with a numeric prefix of 0 to
12874 disable all ``working'' messages.  Use a numeric prefix of 1 to enable
12875 only the plain @samp{Working...} message.  Use a numeric prefix of 2 to
12876 see intermediate results as well.  With no numeric prefix this displays
12877 the current mode.
12879 While it may seem that the ``working'' messages will slow Calc down
12880 considerably, experiments have shown that their impact is actually
12881 quite small.  But if your terminal is slow you may find that it helps
12882 to turn the messages off.
12884 @node Simplification Modes, Declarations, Calculation Modes, Mode Settings
12885 @section Simplification Modes
12887 @noindent
12888 The current @dfn{simplification mode} controls how numbers and formulas
12889 are ``normalized'' when being taken from or pushed onto the stack.
12890 Some normalizations are unavoidable, such as rounding floating-point
12891 results to the current precision, and reducing fractions to simplest
12892 form.  Others, such as simplifying a formula like @expr{a+a} (or @expr{2+3}),
12893 are done by default but can be turned off when necessary.
12895 When you press a key like @kbd{+} when @expr{2} and @expr{3} are on the
12896 stack, Calc pops these numbers, normalizes them, creates the formula
12897 @expr{2+3}, normalizes it, and pushes the result.  Of course the standard
12898 rules for normalizing @expr{2+3} will produce the result @expr{5}.
12900 Simplification mode commands consist of the lower-case @kbd{m} prefix key
12901 followed by a shifted letter.
12903 @kindex m O
12904 @pindex calc-no-simplify-mode
12905 The @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) command turns off all optional
12906 simplifications.  These would leave a formula like @expr{2+3} alone.  In
12907 fact, nothing except simple numbers are ever affected by normalization
12908 in this mode.
12910 @kindex m N
12911 @pindex calc-num-simplify-mode
12912 The @kbd{m N} (@code{calc-num-simplify-mode}) command turns off simplification
12913 of any formulas except those for which all arguments are constants.  For
12914 example, @expr{1+2} is simplified to @expr{3}, and @expr{a+(2-2)} is
12915 simplified to @expr{a+0} but no further, since one argument of the sum
12916 is not a constant.  Unfortunately, @expr{(a+2)-2} is @emph{not} simplified
12917 because the top-level @samp{-} operator's arguments are not both
12918 constant numbers (one of them is the formula @expr{a+2}).
12919 A constant is a number or other numeric object (such as a constant
12920 error form or modulo form), or a vector all of whose
12921 elements are constant.
12923 @kindex m D
12924 @pindex calc-default-simplify-mode
12925 The @kbd{m D} (@code{calc-default-simplify-mode}) command restores the
12926 default simplifications for all formulas.  This includes many easy and
12927 fast algebraic simplifications such as @expr{a+0} to @expr{a}, and
12928 @expr{a + 2 a} to @expr{3 a}, as well as evaluating functions like
12929 @expr{@tfn{deriv}(x^2, x)} to @expr{2 x}.
12931 @kindex m B
12932 @pindex calc-bin-simplify-mode
12933 The @kbd{m B} (@code{calc-bin-simplify-mode}) mode applies the default
12934 simplifications to a result and then, if the result is an integer,
12935 uses the @kbd{b c} (@code{calc-clip}) command to clip the integer according
12936 to the current binary word size.  @xref{Binary Functions}.  Real numbers
12937 are rounded to the nearest integer and then clipped; other kinds of
12938 results (after the default simplifications) are left alone.
12940 @kindex m A
12941 @pindex calc-alg-simplify-mode
12942 The @kbd{m A} (@code{calc-alg-simplify-mode}) mode does algebraic
12943 simplification; it applies all the default simplifications, and also
12944 the more powerful (and slower) simplifications made by @kbd{a s}
12945 (@code{calc-simplify}).  @xref{Algebraic Simplifications}.
12947 @kindex m E
12948 @pindex calc-ext-simplify-mode
12949 The @kbd{m E} (@code{calc-ext-simplify-mode}) mode does ``extended''
12950 algebraic simplification, as by the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended})
12951 command.  @xref{Unsafe Simplifications}.
12953 @kindex m U
12954 @pindex calc-units-simplify-mode
12955 The @kbd{m U} (@code{calc-units-simplify-mode}) mode does units
12956 simplification; it applies the command @kbd{u s}
12957 (@code{calc-simplify-units}), which in turn
12958 is a superset of @kbd{a s}.  In this mode, variable names which
12959 are identifiable as unit names (like @samp{mm} for ``millimeters'')
12960 are simplified with their unit definitions in mind.
12962 A common technique is to set the simplification mode down to the lowest
12963 amount of simplification you will allow to be applied automatically, then
12964 use manual commands like @kbd{a s} and @kbd{c c} (@code{calc-clean}) to
12965 perform higher types of simplifications on demand.  @xref{Algebraic
12966 Definitions}, for another sample use of No-Simplification mode.
12968 @node Declarations, Display Modes, Simplification Modes, Mode Settings
12969 @section Declarations
12971 @noindent
12972 A @dfn{declaration} is a statement you make that promises you will
12973 use a certain variable or function in a restricted way.  This may
12974 give Calc the freedom to do things that it couldn't do if it had to
12975 take the fully general situation into account.
12977 @menu
12978 * Declaration Basics::
12979 * Kinds of Declarations::
12980 * Functions for Declarations::
12981 @end menu
12983 @node Declaration Basics, Kinds of Declarations, Declarations, Declarations
12984 @subsection Declaration Basics
12986 @noindent
12987 @kindex s d
12988 @pindex calc-declare-variable
12989 The @kbd{s d} (@code{calc-declare-variable}) command is the easiest
12990 way to make a declaration for a variable.  This command prompts for
12991 the variable name, then prompts for the declaration.  The default
12992 at the declaration prompt is the previous declaration, if any.
12993 You can edit this declaration, or press @kbd{C-k} to erase it and
12994 type a new declaration.  (Or, erase it and press @key{RET} to clear
12995 the declaration, effectively ``undeclaring'' the variable.)
12997 A declaration is in general a vector of @dfn{type symbols} and
12998 @dfn{range} values.  If there is only one type symbol or range value,
12999 you can write it directly rather than enclosing it in a vector.
13000 For example, @kbd{s d foo @key{RET} real @key{RET}} declares @code{foo} to
13001 be a real number, and @kbd{s d bar @key{RET} [int, const, [1..6]] @key{RET}}
13002 declares @code{bar} to be a constant integer between 1 and 6.
13003 (Actually, you can omit the outermost brackets and Calc will
13004 provide them for you: @kbd{s d bar @key{RET} int, const, [1..6] @key{RET}}.)
13006 @cindex @code{Decls} variable
13007 @vindex Decls
13008 Declarations in Calc are kept in a special variable called @code{Decls}.
13009 This variable encodes the set of all outstanding declarations in
13010 the form of a matrix.  Each row has two elements:  A variable or
13011 vector of variables declared by that row, and the declaration
13012 specifier as described above.  You can use the @kbd{s D} command to
13013 edit this variable if you wish to see all the declarations at once.
13014 @xref{Operations on Variables}, for a description of this command
13015 and the @kbd{s p} command that allows you to save your declarations
13016 permanently if you wish.
13018 Items being declared can also be function calls.  The arguments in
13019 the call are ignored; the effect is to say that this function returns
13020 values of the declared type for any valid arguments.  The @kbd{s d}
13021 command declares only variables, so if you wish to make a function
13022 declaration you will have to edit the @code{Decls} matrix yourself.
13024 For example, the declaration matrix
13026 @smallexample
13027 @group
13028 [ [ foo,       real       ]
13029   [ [j, k, n], int        ]
13030   [ f(1,2,3),  [0 .. inf) ] ]
13031 @end group
13032 @end smallexample
13034 @noindent
13035 declares that @code{foo} represents a real number, @code{j}, @code{k}
13036 and @code{n} represent integers, and the function @code{f} always
13037 returns a real number in the interval shown.
13039 @vindex All
13040 If there is a declaration for the variable @code{All}, then that
13041 declaration applies to all variables that are not otherwise declared.
13042 It does not apply to function names.  For example, using the row
13043 @samp{[All, real]} says that all your variables are real unless they
13044 are explicitly declared without @code{real} in some other row.
13045 The @kbd{s d} command declares @code{All} if you give a blank
13046 response to the variable-name prompt.
13048 @node Kinds of Declarations, Functions for Declarations, Declaration Basics, Declarations
13049 @subsection Kinds of Declarations
13051 @noindent
13052 The type-specifier part of a declaration (that is, the second prompt
13053 in the @kbd{s d} command) can be a type symbol, an interval, or a
13054 vector consisting of zero or more type symbols followed by zero or
13055 more intervals or numbers that represent the set of possible values
13056 for the variable.
13058 @smallexample
13059 @group
13060 [ [ a, [1, 2, 3, 4, 5] ]
13061   [ b, [1 .. 5]        ]
13062   [ c, [int, 1 .. 5]   ] ]
13063 @end group
13064 @end smallexample
13066 Here @code{a} is declared to contain one of the five integers shown;
13067 @code{b} is any number in the interval from 1 to 5 (any real number
13068 since we haven't specified), and @code{c} is any integer in that
13069 interval.  Thus the declarations for @code{a} and @code{c} are
13070 nearly equivalent (see below).
13072 The type-specifier can be the empty vector @samp{[]} to say that
13073 nothing is known about a given variable's value.  This is the same
13074 as not declaring the variable at all except that it overrides any
13075 @code{All} declaration which would otherwise apply.
13077 The initial value of @code{Decls} is the empty vector @samp{[]}.
13078 If @code{Decls} has no stored value or if the value stored in it
13079 is not valid, it is ignored and there are no declarations as far
13080 as Calc is concerned.  (The @kbd{s d} command will replace such a
13081 malformed value with a fresh empty matrix, @samp{[]}, before recording
13082 the new declaration.)  Unrecognized type symbols are ignored.
13084 The following type symbols describe what sorts of numbers will be
13085 stored in a variable:
13087 @table @code
13088 @item int
13089 Integers.
13090 @item numint
13091 Numerical integers.  (Integers or integer-valued floats.)
13092 @item frac
13093 Fractions.  (Rational numbers which are not integers.)
13094 @item rat
13095 Rational numbers.  (Either integers or fractions.)
13096 @item float
13097 Floating-point numbers.
13098 @item real
13099 Real numbers.  (Integers, fractions, or floats.  Actually,
13100 intervals and error forms with real components also count as
13101 reals here.)
13102 @item pos
13103 Positive real numbers.  (Strictly greater than zero.)
13104 @item nonneg
13105 Nonnegative real numbers.  (Greater than or equal to zero.)
13106 @item number
13107 Numbers.  (Real or complex.)
13108 @end table
13110 Calc uses this information to determine when certain simplifications
13111 of formulas are safe.  For example, @samp{(x^y)^z} cannot be
13112 simplified to @samp{x^(y z)} in general; for example,
13113 @samp{((-3)^2)^1:2} is 3, but @samp{(-3)^(2*1:2) = (-3)^1} is @mathit{-3}.
13114 However, this simplification @emph{is} safe if @code{z} is known
13115 to be an integer, or if @code{x} is known to be a nonnegative
13116 real number.  If you have given declarations that allow Calc to
13117 deduce either of these facts, Calc will perform this simplification
13118 of the formula.
13120 Calc can apply a certain amount of logic when using declarations.
13121 For example, @samp{(x^y)^(2n+1)} will be simplified if @code{n}
13122 has been declared @code{int}; Calc knows that an integer times an
13123 integer, plus an integer, must always be an integer.  (In fact,
13124 Calc would simplify @samp{(-x)^(2n+1)} to @samp{-(x^(2n+1))} since
13125 it is able to determine that @samp{2n+1} must be an odd integer.)
13127 Similarly, @samp{(abs(x)^y)^z} will be simplified to @samp{abs(x)^(y z)}
13128 because Calc knows that the @code{abs} function always returns a
13129 nonnegative real.  If you had a @code{myabs} function that also had
13130 this property, you could get Calc to recognize it by adding the row
13131 @samp{[myabs(), nonneg]} to the @code{Decls} matrix.
13133 One instance of this simplification is @samp{sqrt(x^2)} (since the
13134 @code{sqrt} function is effectively a one-half power).  Normally
13135 Calc leaves this formula alone.  After the command
13136 @kbd{s d x @key{RET} real @key{RET}}, however, it can simplify the formula to
13137 @samp{abs(x)}.  And after @kbd{s d x @key{RET} nonneg @key{RET}}, Calc can
13138 simplify this formula all the way to @samp{x}.
13140 If there are any intervals or real numbers in the type specifier,
13141 they comprise the set of possible values that the variable or
13142 function being declared can have.  In particular, the type symbol
13143 @code{real} is effectively the same as the range @samp{[-inf .. inf]}
13144 (note that infinity is included in the range of possible values);
13145 @code{pos} is the same as @samp{(0 .. inf]}, and @code{nonneg} is
13146 the same as @samp{[0 .. inf]}.  Saying @samp{[real, [-5 .. 5]]} is
13147 redundant because the fact that the variable is real can be
13148 deduced just from the interval, but @samp{[int, [-5 .. 5]]} and
13149 @samp{[rat, [-5 .. 5]]} are useful combinations.
13151 Note that the vector of intervals or numbers is in the same format
13152 used by Calc's set-manipulation commands.  @xref{Set Operations}.
13154 The type specifier @samp{[1, 2, 3]} is equivalent to
13155 @samp{[numint, 1, 2, 3]}, @emph{not} to @samp{[int, 1, 2, 3]}.
13156 In other words, the range of possible values means only that
13157 the variable's value must be numerically equal to a number in
13158 that range, but not that it must be equal in type as well.
13159 Calc's set operations act the same way; @samp{in(2, [1., 2., 3.])}
13160 and @samp{in(1.5, [1:2, 3:2, 5:2])} both report ``true.''
13162 If you use a conflicting combination of type specifiers, the
13163 results are unpredictable.  An example is @samp{[pos, [0 .. 5]]},
13164 where the interval does not lie in the range described by the
13165 type symbol.
13167 ``Real'' declarations mostly affect simplifications involving powers
13168 like the one described above.  Another case where they are used
13169 is in the @kbd{a P} command which returns a list of all roots of a
13170 polynomial; if the variable has been declared real, only the real
13171 roots (if any) will be included in the list.
13173 ``Integer'' declarations are used for simplifications which are valid
13174 only when certain values are integers (such as @samp{(x^y)^z}
13175 shown above).
13177 Another command that makes use of declarations is @kbd{a s}, when
13178 simplifying equations and inequalities.  It will cancel @code{x}
13179 from both sides of @samp{a x = b x} only if it is sure @code{x}
13180 is non-zero, say, because it has a @code{pos} declaration.
13181 To declare specifically that @code{x} is real and non-zero,
13182 use @samp{[[-inf .. 0), (0 .. inf]]}.  (There is no way in the
13183 current notation to say that @code{x} is nonzero but not necessarily
13184 real.)  The @kbd{a e} command does ``unsafe'' simplifications,
13185 including cancelling @samp{x} from the equation when @samp{x} is
13186 not known to be nonzero.
13188 Another set of type symbols distinguish between scalars and vectors.
13190 @table @code
13191 @item scalar
13192 The value is not a vector.
13193 @item vector
13194 The value is a vector.
13195 @item matrix
13196 The value is a matrix (a rectangular vector of vectors).
13197 @item sqmatrix
13198 The value is a square matrix.
13199 @end table
13201 These type symbols can be combined with the other type symbols
13202 described above; @samp{[int, matrix]} describes an object which
13203 is a matrix of integers.
13205 Scalar/vector declarations are used to determine whether certain
13206 algebraic operations are safe.  For example, @samp{[a, b, c] + x}
13207 is normally not simplified to @samp{[a + x, b + x, c + x]}, but
13208 it will be if @code{x} has been declared @code{scalar}.  On the
13209 other hand, multiplication is usually assumed to be commutative,
13210 but the terms in @samp{x y} will never be exchanged if both @code{x}
13211 and @code{y} are known to be vectors or matrices.  (Calc currently
13212 never distinguishes between @code{vector} and @code{matrix}
13213 declarations.)
13215 @xref{Matrix Mode}, for a discussion of Matrix mode and
13216 Scalar mode, which are similar to declaring @samp{[All, matrix]}
13217 or @samp{[All, scalar]} but much more convenient.
13219 One more type symbol that is recognized is used with the @kbd{H a d}
13220 command for taking total derivatives of a formula.  @xref{Calculus}.
13222 @table @code
13223 @item const
13224 The value is a constant with respect to other variables.
13225 @end table
13227 Calc does not check the declarations for a variable when you store
13228 a value in it.  However, storing @mathit{-3.5} in a variable that has
13229 been declared @code{pos}, @code{int}, or @code{matrix} may have
13230 unexpected effects; Calc may evaluate @samp{sqrt(x^2)} to @expr{3.5}
13231 if it substitutes the value first, or to @expr{-3.5} if @code{x}
13232 was declared @code{pos} and the formula @samp{sqrt(x^2)} is
13233 simplified to @samp{x} before the value is substituted.  Before
13234 using a variable for a new purpose, it is best to use @kbd{s d}
13235 or @kbd{s D} to check to make sure you don't still have an old
13236 declaration for the variable that will conflict with its new meaning.
13238 @node Functions for Declarations, , Kinds of Declarations, Declarations
13239 @subsection Functions for Declarations
13241 @noindent
13242 Calc has a set of functions for accessing the current declarations
13243 in a convenient manner.  These functions return 1 if the argument
13244 can be shown to have the specified property, or 0 if the argument
13245 can be shown @emph{not} to have that property; otherwise they are
13246 left unevaluated.  These functions are suitable for use with rewrite
13247 rules (@pxref{Conditional Rewrite Rules}) or programming constructs
13248 (@pxref{Conditionals in Macros}).  They can be entered only using
13249 algebraic notation.  @xref{Logical Operations}, for functions
13250 that perform other tests not related to declarations.
13252 For example, @samp{dint(17)} returns 1 because 17 is an integer, as
13253 do @samp{dint(n)} and @samp{dint(2 n - 3)} if @code{n} has been declared
13254 @code{int}, but @samp{dint(2.5)} and @samp{dint(n + 0.5)} return 0.
13255 Calc consults knowledge of its own built-in functions as well as your
13256 own declarations: @samp{dint(floor(x))} returns 1.
13258 @ignore
13259 @starindex
13260 @end ignore
13261 @tindex dint
13262 @ignore
13263 @starindex
13264 @end ignore
13265 @tindex dnumint
13266 @ignore
13267 @starindex
13268 @end ignore
13269 @tindex dnatnum
13270 The @code{dint} function checks if its argument is an integer.
13271 The @code{dnatnum} function checks if its argument is a natural
13272 number, i.e., a nonnegative integer.  The @code{dnumint} function
13273 checks if its argument is numerically an integer, i.e., either an
13274 integer or an integer-valued float.  Note that these and the other
13275 data type functions also accept vectors or matrices composed of
13276 suitable elements, and that real infinities @samp{inf} and @samp{-inf}
13277 are considered to be integers for the purposes of these functions.
13279 @ignore
13280 @starindex
13281 @end ignore
13282 @tindex drat
13283 The @code{drat} function checks if its argument is rational, i.e.,
13284 an integer or fraction.  Infinities count as rational, but intervals
13285 and error forms do not.
13287 @ignore
13288 @starindex
13289 @end ignore
13290 @tindex dreal
13291 The @code{dreal} function checks if its argument is real.  This
13292 includes integers, fractions, floats, real error forms, and intervals.
13294 @ignore
13295 @starindex
13296 @end ignore
13297 @tindex dimag
13298 The @code{dimag} function checks if its argument is imaginary,
13299 i.e., is mathematically equal to a real number times @expr{i}.
13301 @ignore
13302 @starindex
13303 @end ignore
13304 @tindex dpos
13305 @ignore
13306 @starindex
13307 @end ignore
13308 @tindex dneg
13309 @ignore
13310 @starindex
13311 @end ignore
13312 @tindex dnonneg
13313 The @code{dpos} function checks for positive (but nonzero) reals.
13314 The @code{dneg} function checks for negative reals.  The @code{dnonneg}
13315 function checks for nonnegative reals, i.e., reals greater than or
13316 equal to zero.  Note that the @kbd{a s} command can simplify an
13317 expression like @expr{x > 0} to 1 or 0 using @code{dpos}, and that
13318 @kbd{a s} is effectively applied to all conditions in rewrite rules,
13319 so the actual functions @code{dpos}, @code{dneg}, and @code{dnonneg}
13320 are rarely necessary.
13322 @ignore
13323 @starindex
13324 @end ignore
13325 @tindex dnonzero
13326 The @code{dnonzero} function checks that its argument is nonzero.
13327 This includes all nonzero real or complex numbers, all intervals that
13328 do not include zero, all nonzero modulo forms, vectors all of whose
13329 elements are nonzero, and variables or formulas whose values can be
13330 deduced to be nonzero.  It does not include error forms, since they
13331 represent values which could be anything including zero.  (This is
13332 also the set of objects considered ``true'' in conditional contexts.)
13334 @ignore
13335 @starindex
13336 @end ignore
13337 @tindex deven
13338 @ignore
13339 @starindex
13340 @end ignore
13341 @tindex dodd
13342 The @code{deven} function returns 1 if its argument is known to be
13343 an even integer (or integer-valued float); it returns 0 if its argument
13344 is known not to be even (because it is known to be odd or a non-integer).
13345 The @kbd{a s} command uses this to simplify a test of the form
13346 @samp{x % 2 = 0}.  There is also an analogous @code{dodd} function.
13348 @ignore
13349 @starindex
13350 @end ignore
13351 @tindex drange
13352 The @code{drange} function returns a set (an interval or a vector
13353 of intervals and/or numbers; @pxref{Set Operations}) that describes
13354 the set of possible values of its argument.  If the argument is
13355 a variable or a function with a declaration, the range is copied
13356 from the declaration.  Otherwise, the possible signs of the
13357 expression are determined using a method similar to @code{dpos},
13358 etc., and a suitable set like @samp{[0 .. inf]} is returned.  If
13359 the expression is not provably real, the @code{drange} function
13360 remains unevaluated.
13362 @ignore
13363 @starindex
13364 @end ignore
13365 @tindex dscalar
13366 The @code{dscalar} function returns 1 if its argument is provably
13367 scalar, or 0 if its argument is provably non-scalar.  It is left
13368 unevaluated if this cannot be determined.  (If Matrix mode or Scalar
13369 mode is in effect, this function returns 1 or 0, respectively,
13370 if it has no other information.)  When Calc interprets a condition
13371 (say, in a rewrite rule) it considers an unevaluated formula to be
13372 ``false.''  Thus, @samp{dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a} is
13373 provably scalar, and @samp{!dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a}
13374 is provably non-scalar; both are ``false'' if there is insufficient
13375 information to tell.
13377 @node Display Modes, Language Modes, Declarations, Mode Settings
13378 @section Display Modes
13380 @noindent
13381 The commands in this section are two-key sequences beginning with the
13382 @kbd{d} prefix.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) and @kbd{d b}
13383 (@code{calc-line-breaking}) commands are described elsewhere;
13384 @pxref{Stack Basics} and @pxref{Normal Language Modes}, respectively.
13385 Display formats for vectors and matrices are also covered elsewhere;
13386 @pxref{Vector and Matrix Formats}.
13388 One thing all display modes have in common is their treatment of the
13389 @kbd{H} prefix.  This prefix causes any mode command that would normally
13390 refresh the stack to leave the stack display alone.  The word ``Dirty''
13391 will appear in the mode line when Calc thinks the stack display may not
13392 reflect the latest mode settings.
13394 @kindex d @key{RET}
13395 @pindex calc-refresh-top
13396 The @kbd{d @key{RET}} (@code{calc-refresh-top}) command reformats the
13397 top stack entry according to all the current modes.  Positive prefix
13398 arguments reformat the top @var{n} entries; negative prefix arguments
13399 reformat the specified entry, and a prefix of zero is equivalent to
13400 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}), which reformats the entire stack.
13401 For example, @kbd{H d s M-2 d @key{RET}} changes to scientific notation
13402 but reformats only the top two stack entries in the new mode.
13404 The @kbd{I} prefix has another effect on the display modes.  The mode
13405 is set only temporarily; the top stack entry is reformatted according
13406 to that mode, then the original mode setting is restored.  In other
13407 words, @kbd{I d s} is equivalent to @kbd{H d s d @key{RET} H d (@var{old mode})}.
13409 @menu
13410 * Radix Modes::
13411 * Grouping Digits::
13412 * Float Formats::
13413 * Complex Formats::
13414 * Fraction Formats::
13415 * HMS Formats::
13416 * Date Formats::
13417 * Truncating the Stack::
13418 * Justification::
13419 * Labels::
13420 @end menu
13422 @node Radix Modes, Grouping Digits, Display Modes, Display Modes
13423 @subsection Radix Modes
13425 @noindent
13426 @cindex Radix display
13427 @cindex Non-decimal numbers
13428 @cindex Decimal and non-decimal numbers
13429 Calc normally displays numbers in decimal (@dfn{base-10} or @dfn{radix-10})
13430 notation.  Calc can actually display in any radix from two (binary) to 36.
13431 When the radix is above 10, the letters @code{A} to @code{Z} are used as
13432 digits.  When entering such a number, letter keys are interpreted as
13433 potential digits rather than terminating numeric entry mode.
13435 @kindex d 2
13436 @kindex d 8
13437 @kindex d 6
13438 @kindex d 0
13439 @cindex Hexadecimal integers
13440 @cindex Octal integers
13441 The key sequences @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, @kbd{d 6}, and @kbd{d 0} select
13442 binary, octal, hexadecimal, and decimal as the current display radix,
13443 respectively.  Numbers can always be entered in any radix, though the
13444 current radix is used as a default if you press @kbd{#} without any initial
13445 digits.  A number entered without a @kbd{#} is @emph{always} interpreted
13446 as decimal.
13448 @kindex d r
13449 @pindex calc-radix
13450 To set the radix generally, use @kbd{d r} (@code{calc-radix}) and enter
13451 an integer from 2 to 36.  You can specify the radix as a numeric prefix
13452 argument; otherwise you will be prompted for it.
13454 @kindex d z
13455 @pindex calc-leading-zeros
13456 @cindex Leading zeros
13457 Integers normally are displayed with however many digits are necessary to
13458 represent the integer and no more.  The @kbd{d z} (@code{calc-leading-zeros})
13459 command causes integers to be padded out with leading zeros according to the
13460 current binary word size.  (@xref{Binary Functions}, for a discussion of
13461 word size.)  If the absolute value of the word size is @expr{w}, all integers
13462 are displayed with at least enough digits to represent 
13463 @texline @math{2^w-1}
13464 @infoline @expr{(2^w)-1} 
13465 in the current radix.  (Larger integers will still be displayed in their
13466 entirety.) 
13468 @node Grouping Digits, Float Formats, Radix Modes, Display Modes
13469 @subsection Grouping Digits
13471 @noindent
13472 @kindex d g
13473 @pindex calc-group-digits
13474 @cindex Grouping digits
13475 @cindex Digit grouping
13476 Long numbers can be hard to read if they have too many digits.  For
13477 example, the factorial of 30 is 33 digits long!  Press @kbd{d g}
13478 (@code{calc-group-digits}) to enable @dfn{Grouping} mode, in which digits
13479 are displayed in clumps of 3 or 4 (depending on the current radix)
13480 separated by commas.
13482 The @kbd{d g} command toggles grouping on and off.
13483 With a numeric prefix of 0, this command displays the current state of
13484 the grouping flag; with an argument of minus one it disables grouping;
13485 with a positive argument @expr{N} it enables grouping on every @expr{N}
13486 digits.  For floating-point numbers, grouping normally occurs only
13487 before the decimal point.  A negative prefix argument @expr{-N} enables
13488 grouping every @expr{N} digits both before and after the decimal point.
13490 @kindex d ,
13491 @pindex calc-group-char
13492 The @kbd{d ,} (@code{calc-group-char}) command allows you to choose any
13493 character as the grouping separator.  The default is the comma character.
13494 If you find it difficult to read vectors of large integers grouped with
13495 commas, you may wish to use spaces or some other character instead.
13496 This command takes the next character you type, whatever it is, and
13497 uses it as the digit separator.  As a special case, @kbd{d , \} selects
13498 @samp{\,} (@TeX{}'s thin-space symbol) as the digit separator.
13500 Please note that grouped numbers will not generally be parsed correctly
13501 if re-read in textual form, say by the use of @kbd{C-x * y} and @kbd{C-x * g}.
13502 (@xref{Kill and Yank}, for details on these commands.)  One exception is
13503 the @samp{\,} separator, which doesn't interfere with parsing because it
13504 is ignored by @TeX{} language mode.
13506 @node Float Formats, Complex Formats, Grouping Digits, Display Modes
13507 @subsection Float Formats
13509 @noindent
13510 Floating-point quantities are normally displayed in standard decimal
13511 form, with scientific notation used if the exponent is especially high
13512 or low.  All significant digits are normally displayed.  The commands
13513 in this section allow you to choose among several alternative display
13514 formats for floats.
13516 @kindex d n
13517 @pindex calc-normal-notation
13518 The @kbd{d n} (@code{calc-normal-notation}) command selects the normal
13519 display format.  All significant figures in a number are displayed.
13520 With a positive numeric prefix, numbers are rounded if necessary to
13521 that number of significant digits.  With a negative numerix prefix,
13522 the specified number of significant digits less than the current
13523 precision is used.  (Thus @kbd{C-u -2 d n} displays 10 digits if the
13524 current precision is 12.)
13526 @kindex d f
13527 @pindex calc-fix-notation
13528 The @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation}) command selects fixed-point
13529 notation.  The numeric argument is the number of digits after the
13530 decimal point, zero or more.  This format will relax into scientific
13531 notation if a nonzero number would otherwise have been rounded all the
13532 way to zero.  Specifying a negative number of digits is the same as
13533 for a positive number, except that small nonzero numbers will be rounded
13534 to zero rather than switching to scientific notation.
13536 @kindex d s
13537 @pindex calc-sci-notation
13538 @cindex Scientific notation, display of
13539 The @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}) command selects scientific
13540 notation.  A positive argument sets the number of significant figures
13541 displayed, of which one will be before and the rest after the decimal
13542 point.  A negative argument works the same as for @kbd{d n} format.
13543 The default is to display all significant digits.
13545 @kindex d e
13546 @pindex calc-eng-notation
13547 @cindex Engineering notation, display of
13548 The @kbd{d e} (@code{calc-eng-notation}) command selects engineering
13549 notation.  This is similar to scientific notation except that the
13550 exponent is rounded down to a multiple of three, with from one to three
13551 digits before the decimal point.  An optional numeric prefix sets the
13552 number of significant digits to display, as for @kbd{d s}.
13554 It is important to distinguish between the current @emph{precision} and
13555 the current @emph{display format}.  After the commands @kbd{C-u 10 p}
13556 and @kbd{C-u 6 d n} the Calculator computes all results to ten
13557 significant figures but displays only six.  (In fact, intermediate
13558 calculations are often carried to one or two more significant figures,
13559 but values placed on the stack will be rounded down to ten figures.)
13560 Numbers are never actually rounded to the display precision for storage,
13561 except by commands like @kbd{C-k} and @kbd{C-x * y} which operate on the
13562 actual displayed text in the Calculator buffer.
13564 @kindex d .
13565 @pindex calc-point-char
13566 The @kbd{d .} (@code{calc-point-char}) command selects the character used
13567 as a decimal point.  Normally this is a period; users in some countries
13568 may wish to change this to a comma.  Note that this is only a display
13569 style; on entry, periods must always be used to denote floating-point
13570 numbers, and commas to separate elements in a list.
13572 @node Complex Formats, Fraction Formats, Float Formats, Display Modes
13573 @subsection Complex Formats
13575 @noindent
13576 @kindex d c
13577 @pindex calc-complex-notation
13578 There are three supported notations for complex numbers in rectangular
13579 form.  The default is as a pair of real numbers enclosed in parentheses
13580 and separated by a comma: @samp{(a,b)}.  The @kbd{d c}
13581 (@code{calc-complex-notation}) command selects this style.
13583 @kindex d i
13584 @pindex calc-i-notation
13585 @kindex d j
13586 @pindex calc-j-notation
13587 The other notations are @kbd{d i} (@code{calc-i-notation}), in which
13588 numbers are displayed in @samp{a+bi} form, and @kbd{d j}
13589 (@code{calc-j-notation}) which displays the form @samp{a+bj} preferred
13590 in some disciplines.
13592 @cindex @code{i} variable
13593 @vindex i
13594 Complex numbers are normally entered in @samp{(a,b)} format.
13595 If you enter @samp{2+3i} as an algebraic formula, it will be stored as
13596 the formula @samp{2 + 3 * i}.  However, if you use @kbd{=} to evaluate
13597 this formula and you have not changed the variable @samp{i}, the @samp{i}
13598 will be interpreted as @samp{(0,1)} and the formula will be simplified
13599 to @samp{(2,3)}.  Other commands (like @code{calc-sin}) will @emph{not}
13600 interpret the formula @samp{2 + 3 * i} as a complex number.
13601 @xref{Variables}, under ``special constants.''
13603 @node Fraction Formats, HMS Formats, Complex Formats, Display Modes
13604 @subsection Fraction Formats
13606 @noindent
13607 @kindex d o
13608 @pindex calc-over-notation
13609 Display of fractional numbers is controlled by the @kbd{d o}
13610 (@code{calc-over-notation}) command.  By default, a number like
13611 eight thirds is displayed in the form @samp{8:3}.  The @kbd{d o} command
13612 prompts for a one- or two-character format.  If you give one character,
13613 that character is used as the fraction separator.  Common separators are
13614 @samp{:} and @samp{/}.  (During input of numbers, the @kbd{:} key must be
13615 used regardless of the display format; in particular, the @kbd{/} is used
13616 for RPN-style division, @emph{not} for entering fractions.)
13618 If you give two characters, fractions use ``integer-plus-fractional-part''
13619 notation.  For example, the format @samp{+/} would display eight thirds
13620 as @samp{2+2/3}.  If two colons are present in a number being entered,
13621 the number is interpreted in this form (so that the entries @kbd{2:2:3}
13622 and @kbd{8:3} are equivalent).
13624 It is also possible to follow the one- or two-character format with
13625 a number.  For example:  @samp{:10} or @samp{+/3}.  In this case,
13626 Calc adjusts all fractions that are displayed to have the specified
13627 denominator, if possible.  Otherwise it adjusts the denominator to
13628 be a multiple of the specified value.  For example, in @samp{:6} mode
13629 the fraction @expr{1:6} will be unaffected, but @expr{2:3} will be
13630 displayed as @expr{4:6}, @expr{1:2} will be displayed as @expr{3:6},
13631 and @expr{1:8} will be displayed as @expr{3:24}.  Integers are also
13632 affected by this mode:  3 is displayed as @expr{18:6}.  Note that the
13633 format @samp{:1} writes fractions the same as @samp{:}, but it writes
13634 integers as @expr{n:1}.
13636 The fraction format does not affect the way fractions or integers are
13637 stored, only the way they appear on the screen.  The fraction format
13638 never affects floats.
13640 @node HMS Formats, Date Formats, Fraction Formats, Display Modes
13641 @subsection HMS Formats
13643 @noindent
13644 @kindex d h
13645 @pindex calc-hms-notation
13646 The @kbd{d h} (@code{calc-hms-notation}) command controls the display of
13647 HMS (hours-minutes-seconds) forms.  It prompts for a string which
13648 consists basically of an ``hours'' marker, optional punctuation, a
13649 ``minutes'' marker, more optional punctuation, and a ``seconds'' marker.
13650 Punctuation is zero or more spaces, commas, or semicolons.  The hours
13651 marker is one or more non-punctuation characters.  The minutes and
13652 seconds markers must be single non-punctuation characters.
13654 The default HMS format is @samp{@@ ' "}, producing HMS values of the form
13655 @samp{23@@ 30' 15.75"}.  The format @samp{deg, ms} would display this same
13656 value as @samp{23deg, 30m15.75s}.  During numeric entry, the @kbd{h} or @kbd{o}
13657 keys are recognized as synonyms for @kbd{@@} regardless of display format.
13658 The @kbd{m} and @kbd{s} keys are recognized as synonyms for @kbd{'} and
13659 @kbd{"}, respectively, but only if an @kbd{@@} (or @kbd{h} or @kbd{o}) has
13660 already been typed; otherwise, they have their usual meanings
13661 (@kbd{m-} prefix and @kbd{s-} prefix).  Thus, @kbd{5 "}, @kbd{0 @@ 5 "}, and
13662 @kbd{0 h 5 s} are some of the ways to enter the quantity ``five seconds.''
13663 The @kbd{'} key is recognized as ``minutes'' only if @kbd{@@} (or @kbd{h} or
13664 @kbd{o}) has already been pressed; otherwise it means to switch to algebraic
13665 entry.
13667 @node Date Formats, Truncating the Stack, HMS Formats, Display Modes
13668 @subsection Date Formats
13670 @noindent
13671 @kindex d d
13672 @pindex calc-date-notation
13673 The @kbd{d d} (@code{calc-date-notation}) command controls the display
13674 of date forms (@pxref{Date Forms}).  It prompts for a string which
13675 contains letters that represent the various parts of a date and time.
13676 To show which parts should be omitted when the form represents a pure
13677 date with no time, parts of the string can be enclosed in @samp{< >}
13678 marks.  If you don't include @samp{< >} markers in the format, Calc
13679 guesses at which parts, if any, should be omitted when formatting
13680 pure dates.
13682 The default format is:  @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}.
13683 An example string in this format is @samp{3:32pm Wed Jan 9, 1991}.
13684 If you enter a blank format string, this default format is
13685 reestablished.
13687 Calc uses @samp{< >} notation for nameless functions as well as for
13688 dates.  @xref{Specifying Operators}.  To avoid confusion with nameless
13689 functions, your date formats should avoid using the @samp{#} character.
13691 @menu
13692 * Date Formatting Codes::
13693 * Free-Form Dates::
13694 * Standard Date Formats::
13695 @end menu
13697 @node Date Formatting Codes, Free-Form Dates, Date Formats, Date Formats
13698 @subsubsection Date Formatting Codes
13700 @noindent
13701 When displaying a date, the current date format is used.  All
13702 characters except for letters and @samp{<} and @samp{>} are
13703 copied literally when dates are formatted.  The portion between
13704 @samp{< >} markers is omitted for pure dates, or included for
13705 date/time forms.  Letters are interpreted according to the table
13706 below.
13708 When dates are read in during algebraic entry, Calc first tries to
13709 match the input string to the current format either with or without
13710 the time part.  The punctuation characters (including spaces) must
13711 match exactly; letter fields must correspond to suitable text in
13712 the input.  If this doesn't work, Calc checks if the input is a
13713 simple number; if so, the number is interpreted as a number of days
13714 since Jan 1, 1 AD.  Otherwise, Calc tries a much more relaxed and
13715 flexible algorithm which is described in the next section.
13717 Weekday names are ignored during reading.
13719 Two-digit year numbers are interpreted as lying in the range
13720 from 1941 to 2039.  Years outside that range are always
13721 entered and displayed in full.  Year numbers with a leading
13722 @samp{+} sign are always interpreted exactly, allowing the
13723 entry and display of the years 1 through 99 AD.
13725 Here is a complete list of the formatting codes for dates:
13727 @table @asis
13728 @item Y
13729 Year:  ``91'' for 1991, ``7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13730 @item YY
13731 Year:  ``91'' for 1991, ``07'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13732 @item BY
13733 Year:  ``91'' for 1991, `` 7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13734 @item YYY
13735 Year:  ``1991'' for 1991, ``23'' for 23 AD.
13736 @item YYYY
13737 Year:  ``1991'' for 1991, ``+23'' for 23 AD.
13738 @item aa
13739 Year:  ``ad'' or blank.
13740 @item AA
13741 Year:  ``AD'' or blank.
13742 @item aaa
13743 Year:  ``ad '' or blank.  (Note trailing space.)
13744 @item AAA
13745 Year:  ``AD '' or blank.
13746 @item aaaa
13747 Year:  ``a.d.'' or blank.
13748 @item AAAA
13749 Year:  ``A.D.'' or blank.
13750 @item bb
13751 Year:  ``bc'' or blank.
13752 @item BB
13753 Year:  ``BC'' or blank.
13754 @item bbb
13755 Year:  `` bc'' or blank.  (Note leading space.)
13756 @item BBB
13757 Year:  `` BC'' or blank.
13758 @item bbbb
13759 Year:  ``b.c.'' or blank.
13760 @item BBBB
13761 Year:  ``B.C.'' or blank.
13762 @item M
13763 Month:  ``8'' for August.
13764 @item MM
13765 Month:  ``08'' for August.
13766 @item BM
13767 Month:  `` 8'' for August.
13768 @item MMM
13769 Month:  ``AUG'' for August.
13770 @item Mmm
13771 Month:  ``Aug'' for August.
13772 @item mmm
13773 Month:  ``aug'' for August.
13774 @item MMMM
13775 Month:  ``AUGUST'' for August.
13776 @item Mmmm
13777 Month:  ``August'' for August.
13778 @item D
13779 Day:  ``7'' for 7th day of month.
13780 @item DD
13781 Day:  ``07'' for 7th day of month.
13782 @item BD
13783 Day:  `` 7'' for 7th day of month.
13784 @item W
13785 Weekday:  ``0'' for Sunday, ``6'' for Saturday.
13786 @item WWW
13787 Weekday:  ``SUN'' for Sunday.
13788 @item Www
13789 Weekday:  ``Sun'' for Sunday.
13790 @item www
13791 Weekday:  ``sun'' for Sunday.
13792 @item WWWW
13793 Weekday:  ``SUNDAY'' for Sunday.
13794 @item Wwww
13795 Weekday:  ``Sunday'' for Sunday.
13796 @item d
13797 Day of year:  ``34'' for Feb. 3.
13798 @item ddd
13799 Day of year:  ``034'' for Feb. 3.
13800 @item bdd
13801 Day of year:  `` 34'' for Feb. 3.
13802 @item h
13803 Hour:  ``5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13804 @item hh
13805 Hour:  ``05'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13806 @item bh
13807 Hour:  `` 5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13808 @item H
13809 Hour:  ``5'' for 5 AM and 5 PM.
13810 @item HH
13811 Hour:  ``05'' for 5 AM and 5 PM.
13812 @item BH
13813 Hour:  `` 5'' for 5 AM and 5 PM.
13814 @item p
13815 AM/PM:  ``a'' or ``p''.
13816 @item P
13817 AM/PM:  ``A'' or ``P''.
13818 @item pp
13819 AM/PM:  ``am'' or ``pm''.
13820 @item PP
13821 AM/PM:  ``AM'' or ``PM''.
13822 @item pppp
13823 AM/PM:  ``a.m.'' or ``p.m.''.
13824 @item PPPP
13825 AM/PM:  ``A.M.'' or ``P.M.''.
13826 @item m
13827 Minutes:  ``7'' for 7.
13828 @item mm
13829 Minutes:  ``07'' for 7.
13830 @item bm
13831 Minutes:  `` 7'' for 7.
13832 @item s
13833 Seconds:  ``7'' for 7;  ``7.23'' for 7.23.
13834 @item ss
13835 Seconds:  ``07'' for 7;  ``07.23'' for 7.23.
13836 @item bs
13837 Seconds:  `` 7'' for 7;  `` 7.23'' for 7.23.
13838 @item SS
13839 Optional seconds:  ``07'' for 7;  blank for 0.
13840 @item BS
13841 Optional seconds:  `` 7'' for 7;  blank for 0.
13842 @item N
13843 Numeric date/time:  ``726842.25'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13844 @item n
13845 Numeric date:  ``726842'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13846 @item J
13847 Julian date/time:  ``2448265.75'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13848 @item j
13849 Julian date:  ``2448266'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13850 @item U
13851 Unix time:  ``663400800'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13852 @item X
13853 Brackets suppression.  An ``X'' at the front of the format
13854 causes the surrounding @w{@samp{< >}} delimiters to be omitted
13855 when formatting dates.  Note that the brackets are still
13856 required for algebraic entry.
13857 @end table
13859 If ``SS'' or ``BS'' (optional seconds) is preceded by a colon, the
13860 colon is also omitted if the seconds part is zero.
13862 If ``bb,'' ``bbb'' or ``bbbb'' or their upper-case equivalents
13863 appear in the format, then negative year numbers are displayed
13864 without a minus sign.  Note that ``aa'' and ``bb'' are mutually
13865 exclusive.  Some typical usages would be @samp{YYYY AABB};
13866 @samp{AAAYYYYBBB}; @samp{YYYYBBB}.
13868 The formats ``YY,'' ``YYYY,'' ``MM,'' ``DD,'' ``ddd,'' ``hh,'' ``HH,''
13869 ``mm,'' ``ss,'' and ``SS'' actually match any number of digits during
13870 reading unless several of these codes are strung together with no
13871 punctuation in between, in which case the input must have exactly as
13872 many digits as there are letters in the format.
13874 The ``j,'' ``J,'' and ``U'' formats do not make any time zone
13875 adjustment.  They effectively use @samp{julian(x,0)} and
13876 @samp{unixtime(x,0)} to make the conversion; @pxref{Date Arithmetic}.
13878 @node Free-Form Dates, Standard Date Formats, Date Formatting Codes, Date Formats
13879 @subsubsection Free-Form Dates
13881 @noindent
13882 When reading a date form during algebraic entry, Calc falls back
13883 on the algorithm described here if the input does not exactly
13884 match the current date format.  This algorithm generally
13885 ``does the right thing'' and you don't have to worry about it,
13886 but it is described here in full detail for the curious.
13888 Calc does not distinguish between upper- and lower-case letters
13889 while interpreting dates.
13891 First, the time portion, if present, is located somewhere in the
13892 text and then removed.  The remaining text is then interpreted as
13893 the date.
13895 A time is of the form @samp{hh:mm:ss}, possibly with the seconds
13896 part omitted and possibly with an AM/PM indicator added to indicate
13897 12-hour time.  If the AM/PM is present, the minutes may also be
13898 omitted.  The AM/PM part may be any of the words @samp{am},
13899 @samp{pm}, @samp{noon}, or @samp{midnight}; each of these may be
13900 abbreviated to one letter, and the alternate forms @samp{a.m.},
13901 @samp{p.m.}, and @samp{mid} are also understood.  Obviously
13902 @samp{noon} and @samp{midnight} are allowed only on 12:00:00.
13903 The words @samp{noon}, @samp{mid}, and @samp{midnight} are also
13904 recognized with no number attached.
13906 If there is no AM/PM indicator, the time is interpreted in 24-hour
13907 format.
13909 To read the date portion, all words and numbers are isolated
13910 from the string; other characters are ignored.  All words must
13911 be either month names or day-of-week names (the latter of which
13912 are ignored).  Names can be written in full or as three-letter
13913 abbreviations.
13915 Large numbers, or numbers with @samp{+} or @samp{-} signs,
13916 are interpreted as years.  If one of the other numbers is
13917 greater than 12, then that must be the day and the remaining
13918 number in the input is therefore the month.  Otherwise, Calc
13919 assumes the month, day and year are in the same order that they
13920 appear in the current date format.  If the year is omitted, the
13921 current year is taken from the system clock.
13923 If there are too many or too few numbers, or any unrecognizable
13924 words, then the input is rejected.
13926 If there are any large numbers (of five digits or more) other than
13927 the year, they are ignored on the assumption that they are something
13928 like Julian dates that were included along with the traditional
13929 date components when the date was formatted.
13931 One of the words @samp{ad}, @samp{a.d.}, @samp{bc}, or @samp{b.c.}
13932 may optionally be used; the latter two are equivalent to a
13933 minus sign on the year value.
13935 If you always enter a four-digit year, and use a name instead
13936 of a number for the month, there is no danger of ambiguity.
13938 @node Standard Date Formats, , Free-Form Dates, Date Formats
13939 @subsubsection Standard Date Formats
13941 @noindent
13942 There are actually ten standard date formats, numbered 0 through 9.
13943 Entering a blank line at the @kbd{d d} command's prompt gives
13944 you format number 1, Calc's usual format.  You can enter any digit
13945 to select the other formats.
13947 To create your own standard date formats, give a numeric prefix
13948 argument from 0 to 9 to the @w{@kbd{d d}} command.  The format you
13949 enter will be recorded as the new standard format of that
13950 number, as well as becoming the new current date format.
13951 You can save your formats permanently with the @w{@kbd{m m}}
13952 command (@pxref{Mode Settings}).
13954 @table @asis
13955 @item 0
13956 @samp{N}  (Numerical format)
13957 @item 1
13958 @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}  (American format)
13959 @item 2
13960 @samp{D Mmm YYYY<, h:mm:SS>}  (European format)
13961 @item 3
13962 @samp{Www Mmm BD< hh:mm:ss> YYYY}  (Unix written date format)
13963 @item 4
13964 @samp{M/D/Y< H:mm:SSpp>}  (American slashed format)
13965 @item 5
13966 @samp{D.M.Y< h:mm:SS>}  (European dotted format)
13967 @item 6
13968 @samp{M-D-Y< H:mm:SSpp>}  (American dashed format)
13969 @item 7
13970 @samp{D-M-Y< h:mm:SS>}  (European dashed format)
13971 @item 8
13972 @samp{j<, h:mm:ss>}  (Julian day plus time)
13973 @item 9
13974 @samp{YYddd< hh:mm:ss>}  (Year-day format)
13975 @end table
13977 @node Truncating the Stack, Justification, Date Formats, Display Modes
13978 @subsection Truncating the Stack
13980 @noindent
13981 @kindex d t
13982 @pindex calc-truncate-stack
13983 @cindex Truncating the stack
13984 @cindex Narrowing the stack
13985 The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack}) command moves the @samp{.}@:
13986 line that marks the top-of-stack up or down in the Calculator buffer.
13987 The number right above that line is considered to the be at the top of
13988 the stack.  Any numbers below that line are ``hidden'' from all stack
13989 operations (although still visible to the user).  This is similar to the
13990 Emacs ``narrowing'' feature, except that the values below the @samp{.}
13991 are @emph{visible}, just temporarily frozen.  This feature allows you to
13992 keep several independent calculations running at once in different parts
13993 of the stack, or to apply a certain command to an element buried deep in
13994 the stack.
13996 Pressing @kbd{d t} by itself moves the @samp{.} to the line the cursor
13997 is on.  Thus, this line and all those below it become hidden.  To un-hide
13998 these lines, move down to the end of the buffer and press @w{@kbd{d t}}.
13999 With a positive numeric prefix argument @expr{n}, @kbd{d t} hides the
14000 bottom @expr{n} values in the buffer.  With a negative argument, it hides
14001 all but the top @expr{n} values.  With an argument of zero, it hides zero
14002 values, i.e., moves the @samp{.} all the way down to the bottom.
14004 @kindex d [
14005 @pindex calc-truncate-up
14006 @kindex d ]
14007 @pindex calc-truncate-down
14008 The @kbd{d [} (@code{calc-truncate-up}) and @kbd{d ]}
14009 (@code{calc-truncate-down}) commands move the @samp{.} up or down one
14010 line at a time (or several lines with a prefix argument).
14012 @node Justification, Labels, Truncating the Stack, Display Modes
14013 @subsection Justification
14015 @noindent
14016 @kindex d <
14017 @pindex calc-left-justify
14018 @kindex d =
14019 @pindex calc-center-justify
14020 @kindex d >
14021 @pindex calc-right-justify
14022 Values on the stack are normally left-justified in the window.  You can
14023 control this arrangement by typing @kbd{d <} (@code{calc-left-justify}),
14024 @kbd{d >} (@code{calc-right-justify}), or @kbd{d =}
14025 (@code{calc-center-justify}).  For example, in Right-Justification mode,
14026 stack entries are displayed flush-right against the right edge of the
14027 window.
14029 If you change the width of the Calculator window you may have to type
14030 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}) to re-align right-justified or centered
14031 text.
14033 Right-justification is especially useful together with fixed-point
14034 notation (see @code{d f}; @code{calc-fix-notation}).  With these modes
14035 together, the decimal points on numbers will always line up.
14037 With a numeric prefix argument, the justification commands give you
14038 a little extra control over the display.  The argument specifies the
14039 horizontal ``origin'' of a display line.  It is also possible to
14040 specify a maximum line width using the @kbd{d b} command (@pxref{Normal
14041 Language Modes}).  For reference, the precise rules for formatting and
14042 breaking lines are given below.  Notice that the interaction between
14043 origin and line width is slightly different in each justification
14044 mode.
14046 In Left-Justified mode, the line is indented by a number of spaces
14047 given by the origin (default zero).  If the result is longer than the
14048 maximum line width, if given, or too wide to fit in the Calc window
14049 otherwise, then it is broken into lines which will fit; each broken
14050 line is indented to the origin.
14052 In Right-Justified mode, lines are shifted right so that the rightmost
14053 character is just before the origin, or just before the current
14054 window width if no origin was specified.  If the line is too long
14055 for this, then it is broken; the current line width is used, if
14056 specified, or else the origin is used as a width if that is
14057 specified, or else the line is broken to fit in the window.
14059 In Centering mode, the origin is the column number of the center of
14060 each stack entry.  If a line width is specified, lines will not be
14061 allowed to go past that width; Calc will either indent less or
14062 break the lines if necessary.  If no origin is specified, half the
14063 line width or Calc window width is used.
14065 Note that, in each case, if line numbering is enabled the display
14066 is indented an additional four spaces to make room for the line
14067 number.  The width of the line number is taken into account when
14068 positioning according to the current Calc window width, but not
14069 when positioning by explicit origins and widths.  In the latter
14070 case, the display is formatted as specified, and then uniformly
14071 shifted over four spaces to fit the line numbers.
14073 @node Labels, , Justification, Display Modes
14074 @subsection Labels
14076 @noindent
14077 @kindex d @{
14078 @pindex calc-left-label
14079 The @kbd{d @{} (@code{calc-left-label}) command prompts for a string,
14080 then displays that string to the left of every stack entry.  If the
14081 entries are left-justified (@pxref{Justification}), then they will
14082 appear immediately after the label (unless you specified an origin
14083 greater than the length of the label).  If the entries are centered
14084 or right-justified, the label appears on the far left and does not
14085 affect the horizontal position of the stack entry.
14087 Give a blank string (with @kbd{d @{ @key{RET}}) to turn the label off.
14089 @kindex d @}
14090 @pindex calc-right-label
14091 The @kbd{d @}} (@code{calc-right-label}) command similarly adds a
14092 label on the righthand side.  It does not affect positioning of
14093 the stack entries unless they are right-justified.  Also, if both
14094 a line width and an origin are given in Right-Justified mode, the
14095 stack entry is justified to the origin and the righthand label is
14096 justified to the line width.
14098 One application of labels would be to add equation numbers to
14099 formulas you are manipulating in Calc and then copying into a
14100 document (possibly using Embedded mode).  The equations would
14101 typically be centered, and the equation numbers would be on the
14102 left or right as you prefer.
14104 @node Language Modes, Modes Variable, Display Modes, Mode Settings
14105 @section Language Modes
14107 @noindent
14108 The commands in this section change Calc to use a different notation for
14109 entry and display of formulas, corresponding to the conventions of some
14110 other common language such as Pascal or La@TeX{}.  Objects displayed on the
14111 stack or yanked from the Calculator to an editing buffer will be formatted
14112 in the current language; objects entered in algebraic entry or yanked from
14113 another buffer will be interpreted according to the current language.
14115 The current language has no effect on things written to or read from the
14116 trail buffer, nor does it affect numeric entry.  Only algebraic entry is
14117 affected.  You can make even algebraic entry ignore the current language
14118 and use the standard notation by giving a numeric prefix, e.g., @kbd{C-u '}.
14120 For example, suppose the formula @samp{2*a[1] + atan(a[2])} occurs in a C
14121 program; elsewhere in the program you need the derivatives of this formula
14122 with respect to @samp{a[1]} and @samp{a[2]}.  First, type @kbd{d C}
14123 to switch to C notation.  Now use @code{C-u C-x * g} to grab the formula
14124 into the Calculator, @kbd{a d a[1] @key{RET}} to differentiate with respect
14125 to the first variable, and @kbd{C-x * y} to yank the formula for the derivative
14126 back into your C program.  Press @kbd{U} to undo the differentiation and
14127 repeat with @kbd{a d a[2] @key{RET}} for the other derivative.
14129 Without being switched into C mode first, Calc would have misinterpreted
14130 the brackets in @samp{a[1]} and @samp{a[2]}, would not have known that
14131 @code{atan} was equivalent to Calc's built-in @code{arctan} function,
14132 and would have written the formula back with notations (like implicit
14133 multiplication) which would not have been valid for a C program.
14135 As another example, suppose you are maintaining a C program and a La@TeX{}
14136 document, each of which needs a copy of the same formula.  You can grab the
14137 formula from the program in C mode, switch to La@TeX{} mode, and yank the
14138 formula into the document in La@TeX{} math-mode format.
14140 Language modes are selected by typing the letter @kbd{d} followed by a
14141 shifted letter key.
14143 @menu
14144 * Normal Language Modes::
14145 * C FORTRAN Pascal::
14146 * TeX and LaTeX Language Modes::
14147 * Eqn Language Mode::
14148 * Mathematica Language Mode::
14149 * Maple Language Mode::
14150 * Compositions::
14151 * Syntax Tables::
14152 @end menu
14154 @node Normal Language Modes, C FORTRAN Pascal, Language Modes, Language Modes
14155 @subsection Normal Language Modes
14157 @noindent
14158 @kindex d N
14159 @pindex calc-normal-language
14160 The @kbd{d N} (@code{calc-normal-language}) command selects the usual
14161 notation for Calc formulas, as described in the rest of this manual.
14162 Matrices are displayed in a multi-line tabular format, but all other
14163 objects are written in linear form, as they would be typed from the
14164 keyboard.
14166 @kindex d O
14167 @pindex calc-flat-language
14168 @cindex Matrix display
14169 The @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) command selects a language
14170 identical with the normal one, except that matrices are written in
14171 one-line form along with everything else.  In some applications this
14172 form may be more suitable for yanking data into other buffers.
14174 @kindex d b
14175 @pindex calc-line-breaking
14176 @cindex Line breaking
14177 @cindex Breaking up long lines
14178 Even in one-line mode, long formulas or vectors will still be split
14179 across multiple lines if they exceed the width of the Calculator window.
14180 The @kbd{d b} (@code{calc-line-breaking}) command turns this line-breaking
14181 feature on and off.  (It works independently of the current language.)
14182 If you give a numeric prefix argument of five or greater to the @kbd{d b}
14183 command, that argument will specify the line width used when breaking
14184 long lines.
14186 @kindex d B
14187 @pindex calc-big-language
14188 The @kbd{d B} (@code{calc-big-language}) command selects a language
14189 which uses textual approximations to various mathematical notations,
14190 such as powers, quotients, and square roots:
14192 @example
14193   ____________
14194  | a + 1    2
14195  | ----- + c
14196 \|   b
14197 @end example
14199 @noindent
14200 in place of @samp{sqrt((a+1)/b + c^2)}.
14202 Subscripts like @samp{a_i} are displayed as actual subscripts in Big
14203 mode.  Double subscripts, @samp{a_i_j} (@samp{subscr(subscr(a, i), j)})
14204 are displayed as @samp{a} with subscripts separated by commas:
14205 @samp{i, j}.  They must still be entered in the usual underscore
14206 notation.
14208 One slight ambiguity of Big notation is that
14210 @example
14211   3
14212 - -
14213   4
14214 @end example
14216 @noindent
14217 can represent either the negative rational number @expr{-3:4}, or the
14218 actual expression @samp{-(3/4)}; but the latter formula would normally
14219 never be displayed because it would immediately be evaluated to
14220 @expr{-3:4} or @expr{-0.75}, so this ambiguity is not a problem in
14221 typical use.
14223 Non-decimal numbers are displayed with subscripts.  Thus there is no
14224 way to tell the difference between @samp{16#C2} and @samp{C2_16},
14225 though generally you will know which interpretation is correct.
14226 Logarithms @samp{log(x,b)} and @samp{log10(x)} also use subscripts
14227 in Big mode.
14229 In Big mode, stack entries often take up several lines.  To aid
14230 readability, stack entries are separated by a blank line in this mode.
14231 You may find it useful to expand the Calc window's height using
14232 @kbd{C-x ^} (@code{enlarge-window}) or to make the Calc window the only
14233 one on the screen with @kbd{C-x 1} (@code{delete-other-windows}).
14235 Long lines are currently not rearranged to fit the window width in
14236 Big mode, so you may need to use the @kbd{<} and @kbd{>} keys
14237 to scroll across a wide formula.  For really big formulas, you may
14238 even need to use @kbd{@{} and @kbd{@}} to scroll up and down.
14240 @kindex d U
14241 @pindex calc-unformatted-language
14242 The @kbd{d U} (@code{calc-unformatted-language}) command altogether disables
14243 the use of operator notation in formulas.  In this mode, the formula
14244 shown above would be displayed:
14246 @example
14247 sqrt(add(div(add(a, 1), b), pow(c, 2)))
14248 @end example
14250 These four modes differ only in display format, not in the format
14251 expected for algebraic entry.  The standard Calc operators work in
14252 all four modes, and unformatted notation works in any language mode
14253 (except that Mathematica mode expects square brackets instead of
14254 parentheses).
14256 @node C FORTRAN Pascal, TeX and LaTeX Language Modes, Normal Language Modes, Language Modes
14257 @subsection C, FORTRAN, and Pascal Modes
14259 @noindent
14260 @kindex d C
14261 @pindex calc-c-language
14262 @cindex C language
14263 The @kbd{d C} (@code{calc-c-language}) command selects the conventions
14264 of the C language for display and entry of formulas.  This differs from
14265 the normal language mode in a variety of (mostly minor) ways.  In
14266 particular, C language operators and operator precedences are used in
14267 place of Calc's usual ones.  For example, @samp{a^b} means @samp{xor(a,b)}
14268 in C mode; a value raised to a power is written as a function call,
14269 @samp{pow(a,b)}.
14271 In C mode, vectors and matrices use curly braces instead of brackets.
14272 Octal and hexadecimal values are written with leading @samp{0} or @samp{0x}
14273 rather than using the @samp{#} symbol.  Array subscripting is
14274 translated into @code{subscr} calls, so that @samp{a[i]} in C
14275 mode is the same as @samp{a_i} in Normal mode.  Assignments
14276 turn into the @code{assign} function, which Calc normally displays
14277 using the @samp{:=} symbol.
14279 The variables @code{pi} and @code{e} would be displayed @samp{pi}
14280 and @samp{e} in Normal mode, but in C mode they are displayed as
14281 @samp{M_PI} and @samp{M_E}, corresponding to the names of constants
14282 typically provided in the @file{<math.h>} header.  Functions whose
14283 names are different in C are translated automatically for entry and
14284 display purposes.  For example, entering @samp{asin(x)} will push the
14285 formula @samp{arcsin(x)} onto the stack; this formula will be displayed
14286 as @samp{asin(x)} as long as C mode is in effect.
14288 @kindex d P
14289 @pindex calc-pascal-language
14290 @cindex Pascal language
14291 The @kbd{d P} (@code{calc-pascal-language}) command selects Pascal
14292 conventions.  Like C mode, Pascal mode interprets array brackets and uses
14293 a different table of operators.  Hexadecimal numbers are entered and
14294 displayed with a preceding dollar sign.  (Thus the regular meaning of
14295 @kbd{$2} during algebraic entry does not work in Pascal mode, though
14296 @kbd{$} (and @kbd{$$}, etc.) not followed by digits works the same as
14297 always.)  No special provisions are made for other non-decimal numbers,
14298 vectors, and so on, since there is no universally accepted standard way
14299 of handling these in Pascal.
14301 @kindex d F
14302 @pindex calc-fortran-language
14303 @cindex FORTRAN language
14304 The @kbd{d F} (@code{calc-fortran-language}) command selects FORTRAN
14305 conventions.  Various function names are transformed into FORTRAN
14306 equivalents.  Vectors are written as @samp{/1, 2, 3/}, and may be
14307 entered this way or using square brackets.  Since FORTRAN uses round
14308 parentheses for both function calls and array subscripts, Calc displays
14309 both in the same way; @samp{a(i)} is interpreted as a function call
14310 upon reading, and subscripts must be entered as @samp{subscr(a, i)}.
14311 Also, if the variable @code{a} has been declared to have type
14312 @code{vector} or @code{matrix} then @samp{a(i)} will be parsed as a
14313 subscript.  (@xref{Declarations}.)  Usually it doesn't matter, though;
14314 if you enter the subscript expression @samp{a(i)} and Calc interprets
14315 it as a function call, you'll never know the difference unless you
14316 switch to another language mode or replace @code{a} with an actual
14317 vector (or unless @code{a} happens to be the name of a built-in
14318 function!).
14320 Underscores are allowed in variable and function names in all of these
14321 language modes.  The underscore here is equivalent to the @samp{#} in
14322 Normal mode, or to hyphens in the underlying Emacs Lisp variable names.
14324 FORTRAN and Pascal modes normally do not adjust the case of letters in
14325 formulas.  Most built-in Calc names use lower-case letters.  If you use a
14326 positive numeric prefix argument with @kbd{d P} or @kbd{d F}, these
14327 modes will use upper-case letters exclusively for display, and will
14328 convert to lower-case on input.  With a negative prefix, these modes
14329 convert to lower-case for display and input.
14331 @node TeX and LaTeX Language Modes, Eqn Language Mode, C FORTRAN Pascal, Language Modes
14332 @subsection @TeX{} and La@TeX{} Language Modes
14334 @noindent
14335 @kindex d T
14336 @pindex calc-tex-language
14337 @cindex TeX language
14338 @kindex d L
14339 @pindex calc-latex-language
14340 @cindex LaTeX language
14341 The @kbd{d T} (@code{calc-tex-language}) command selects the conventions
14342 of ``math mode'' in Donald Knuth's @TeX{} typesetting language,
14343 and the @kbd{d L} (@code{calc-latex-language}) command selects the
14344 conventions of ``math mode'' in La@TeX{}, a typesetting language that
14345 uses @TeX{} as its formatting engine.  Calc's La@TeX{} language mode can
14346 read any formula that the @TeX{} language mode can, although La@TeX{}
14347 mode may display it differently.
14349 Formulas are entered and displayed in the appropriate notation;
14350 @texline @math{\sin(a/b)}
14351 @infoline @expr{sin(a/b)}
14352 will appear as @samp{\sin\left( a \over b \right)} in @TeX{} mode and
14353 @samp{\sin\left(\frac@{a@}@{b@}\right)} in La@TeX{} mode.
14354 Math formulas are often enclosed by @samp{$ $} signs in @TeX{} and
14355 La@TeX{}; these should be omitted when interfacing with Calc.  To Calc,
14356 the @samp{$} sign has the same meaning it always does in algebraic
14357 formulas (a reference to an existing entry on the stack).
14359 Complex numbers are displayed as in @samp{3 + 4i}.  Fractions and
14360 quotients are written using @code{\over} in @TeX{} mode (as in 
14361 @code{@{a \over b@}}) and @code{\frac} in La@TeX{} mode (as in
14362 @code{\frac@{a@}@{b@}});  binomial coefficients are written with
14363 @code{\choose} in @TeX{} mode (as in @code{@{a \choose b@}}) and
14364 @code{\binom} in La@TeX{} mode (as in @code{\binom@{a@}@{b@}}).
14365 Interval forms are written with @code{\ldots}, and error forms are
14366 written with @code{\pm}. Absolute values are written as in 
14367 @samp{|x + 1|}, and the floor and ceiling functions are written with
14368 @code{\lfloor}, @code{\rfloor}, etc. The words @code{\left} and
14369 @code{\right} are ignored when reading formulas in @TeX{} and La@TeX{}
14370 modes.  Both @code{inf} and @code{uinf} are written as @code{\infty};
14371 when read, @code{\infty} always translates to @code{inf}.
14373 Function calls are written the usual way, with the function name followed
14374 by the arguments in parentheses.  However, functions for which @TeX{}
14375 and La@TeX{} have special names (like @code{\sin}) will use curly braces
14376 instead of parentheses for very simple arguments.  During input, curly
14377 braces and parentheses work equally well for grouping, but when the
14378 document is formatted the curly braces will be invisible.  Thus the
14379 printed result is 
14380 @texline @math{\sin{2 x}}
14381 @infoline @expr{sin 2x} 
14382 but 
14383 @texline @math{\sin(2 + x)}.
14384 @infoline @expr{sin(2 + x)}.
14386 Function and variable names not treated specially by @TeX{} and La@TeX{}
14387 are simply written out as-is, which will cause them to come out in
14388 italic letters in the printed document.  If you invoke @kbd{d T} or
14389 @kbd{d L} with a positive numeric prefix argument, names of more than
14390 one character will instead be enclosed in a protective commands that
14391 will prevent them from being typeset in the math italics; they will be
14392 written @samp{\hbox@{@var{name}@}} in @TeX{} mode and 
14393 @samp{\text@{@var{name}@}} in La@TeX{} mode.  The
14394 @samp{\hbox@{ @}} and @samp{\text@{ @}} notations are ignored during
14395 reading.  If you use a negative prefix argument, such function names are
14396 written @samp{\@var{name}}, and function names that begin with @code{\} during
14397 reading have the @code{\} removed.  (Note that in this mode, long
14398 variable names are still written with @code{\hbox} or @code{\text}.
14399 However, you can always make an actual variable name like @code{\bar} in
14400 any @TeX{} mode.)
14402 During reading, text of the form @samp{\matrix@{ ...@: @}} is replaced
14403 by @samp{[ ...@: ]}.  The same also applies to @code{\pmatrix} and
14404 @code{\bmatrix}.  In La@TeX{} mode this also applies to 
14405 @samp{\begin@{matrix@} ... \end@{matrix@}},
14406 @samp{\begin@{bmatrix@} ... \end@{bmatrix@}},
14407 @samp{\begin@{pmatrix@} ... \end@{pmatrix@}}, as well as
14408 @samp{\begin@{smallmatrix@} ... \end@{smallmatrix@}}.
14409 The symbol @samp{&} is interpreted as a comma,
14410 and the symbols @samp{\cr} and @samp{\\} are interpreted as semicolons.
14411 During output, matrices are displayed in @samp{\matrix@{ a & b \\ c & d@}}
14412 format in @TeX{} mode and in 
14413 @samp{\begin@{pmatrix@} a & b \\ c & d \end@{pmatrix@}} format in
14414 La@TeX{} mode; you may need to edit this afterwards to change to your
14415 preferred matrix form.  If you invoke @kbd{d T} or @kbd{d L} with an
14416 argument of 2 or -2, then matrices will be displayed in two-dimensional
14417 form, such as 
14419 @example
14420 \begin@{pmatrix@}
14421 a & b \\
14422 c & d
14423 \end@{pmatrix@}
14424 @end example
14426 @noindent
14427 This may be convenient for isolated matrices, but could lead to
14428 expressions being displayed like
14430 @example
14431 \begin@{pmatrix@} \times x
14432 a & b \\
14433 c & d
14434 \end@{pmatrix@}
14435 @end example
14437 @noindent
14438 While this wouldn't bother Calc, it is incorrect La@TeX{}.
14439 (Similarly for @TeX{}.)
14441 Accents like @code{\tilde} and @code{\bar} translate into function
14442 calls internally (@samp{tilde(x)}, @samp{bar(x)}).  The @code{\underline}
14443 sequence is treated as an accent.  The @code{\vec} accent corresponds
14444 to the function name @code{Vec}, because @code{vec} is the name of
14445 a built-in Calc function.  The following table shows the accents
14446 in Calc, @TeX{}, La@TeX{} and @dfn{eqn} (described in the next section):
14448 @iftex
14449 @begingroup
14450 @let@calcindexershow=@calcindexernoshow  @c Suppress marginal notes
14451 @let@calcindexersh=@calcindexernoshow
14452 @end iftex
14453 @ignore
14454 @starindex
14455 @end ignore
14456 @tindex acute
14457 @ignore
14458 @starindex
14459 @end ignore
14460 @tindex Acute
14461 @ignore
14462 @starindex
14463 @end ignore
14464 @tindex bar
14465 @ignore
14466 @starindex
14467 @end ignore
14468 @tindex Bar
14469 @ignore
14470 @starindex
14471 @end ignore
14472 @tindex breve
14473 @ignore
14474 @starindex
14475 @end ignore
14476 @tindex Breve
14477 @ignore
14478 @starindex
14479 @end ignore
14480 @tindex check
14481 @ignore
14482 @starindex
14483 @end ignore
14484 @tindex Check
14485 @ignore
14486 @starindex
14487 @end ignore
14488 @tindex dddot
14489 @ignore
14490 @starindex
14491 @end ignore
14492 @tindex ddddot
14493 @ignore
14494 @starindex
14495 @end ignore
14496 @tindex dot
14497 @ignore
14498 @starindex
14499 @end ignore
14500 @tindex Dot
14501 @ignore
14502 @starindex
14503 @end ignore
14504 @tindex dotdot
14505 @ignore
14506 @starindex
14507 @end ignore
14508 @tindex DotDot
14509 @ignore
14510 @starindex
14511 @end ignore
14512 @tindex dyad
14513 @ignore
14514 @starindex
14515 @end ignore
14516 @tindex grave
14517 @ignore
14518 @starindex
14519 @end ignore
14520 @tindex Grave
14521 @ignore
14522 @starindex
14523 @end ignore
14524 @tindex hat
14525 @ignore
14526 @starindex
14527 @end ignore
14528 @tindex Hat
14529 @ignore
14530 @starindex
14531 @end ignore
14532 @tindex Prime
14533 @ignore
14534 @starindex
14535 @end ignore
14536 @tindex tilde
14537 @ignore
14538 @starindex
14539 @end ignore
14540 @tindex Tilde
14541 @ignore
14542 @starindex
14543 @end ignore
14544 @tindex under
14545 @ignore
14546 @starindex
14547 @end ignore
14548 @tindex Vec
14549 @ignore
14550 @starindex
14551 @end ignore
14552 @tindex VEC
14553 @iftex
14554 @endgroup
14555 @end iftex
14556 @example
14557 Calc      TeX           LaTeX         eqn
14558 ----      ---           -----         ---
14559 acute     \acute        \acute        
14560 Acute                   \Acute        
14561 bar       \bar          \bar          bar
14562 Bar                     \Bar
14563 breve     \breve        \breve        
14564 Breve                   \Breve        
14565 check     \check        \check        
14566 Check                   \Check        
14567 dddot                   \dddot
14568 ddddot                  \ddddot
14569 dot       \dot          \dot          dot
14570 Dot                     \Dot
14571 dotdot    \ddot         \ddot         dotdot
14572 DotDot                  \Ddot         
14573 dyad                                  dyad
14574 grave     \grave        \grave        
14575 Grave                   \Grave        
14576 hat       \hat          \hat          hat
14577 Hat                     \Hat          
14578 Prime                                 prime
14579 tilde     \tilde        \tilde        tilde
14580 Tilde                   \Tilde
14581 under     \underline    \underline    under
14582 Vec       \vec          \vec          vec
14583 VEC                     \Vec
14584 @end example
14586 The @samp{=>} (evaluates-to) operator appears as a @code{\to} symbol:
14587 @samp{@{@var{a} \to @var{b}@}}.  @TeX{} defines @code{\to} as an
14588 alias for @code{\rightarrow}.  However, if the @samp{=>} is the
14589 top-level expression being formatted, a slightly different notation
14590 is used:  @samp{\evalto @var{a} \to @var{b}}.  The @code{\evalto}
14591 word is ignored by Calc's input routines, and is undefined in @TeX{}.
14592 You will typically want to include one of the following definitions
14593 at the top of a @TeX{} file that uses @code{\evalto}:
14595 @example
14596 \def\evalto@{@}
14597 \def\evalto#1\to@{@}
14598 @end example
14600 The first definition formats evaluates-to operators in the usual
14601 way.  The second causes only the @var{b} part to appear in the
14602 printed document; the @var{a} part and the arrow are hidden.
14603 Another definition you may wish to use is @samp{\let\to=\Rightarrow}
14604 which causes @code{\to} to appear more like Calc's @samp{=>} symbol.
14605 @xref{Evaluates-To Operator}, for a discussion of @code{evalto}.
14607 The complete set of @TeX{} control sequences that are ignored during
14608 reading is:
14610 @example
14611 \hbox  \mbox  \text  \left  \right
14612 \,  \>  \:  \;  \!  \quad  \qquad  \hfil  \hfill
14613 \displaystyle  \textstyle  \dsize  \tsize
14614 \scriptstyle  \scriptscriptstyle  \ssize  \ssize
14615 \rm  \bf  \it  \sl  \roman  \bold  \italic  \slanted
14616 \cal  \mit  \Cal  \Bbb  \frak  \goth
14617 \evalto
14618 @end example
14620 Note that, because these symbols are ignored, reading a @TeX{} or
14621 La@TeX{} formula into Calc and writing it back out may lose spacing and
14622 font information. 
14624 Also, the ``discretionary multiplication sign'' @samp{\*} is read
14625 the same as @samp{*}.
14627 @ifinfo
14628 The @TeX{} version of this manual includes some printed examples at the
14629 end of this section.
14630 @end ifinfo
14631 @iftex
14632 Here are some examples of how various Calc formulas are formatted in @TeX{}:
14634 @example
14635 @group
14636 sin(a^2 / b_i)
14637 \sin\left( {a^2 \over b_i} \right)
14638 @end group
14639 @end example
14640 @tex
14641 $$ \sin\left( a^2 \over b_i \right) $$
14642 @end tex
14643 @sp 1
14645 @example
14646 @group
14647 [(3, 4), 3:4, 3 +/- 4, [3 .. inf)]
14648 [3 + 4i, @{3 \over 4@}, 3 \pm 4, [3 \ldots \infty)]
14649 @end group
14650 @end example
14651 @tex
14652 \turnoffactive
14653 $$ [3 + 4i, {3 \over 4}, 3 \pm 4, [ 3 \ldots \infty)] $$
14654 @end tex
14655 @sp 1
14657 @example
14658 @group
14659 [abs(a), abs(a / b), floor(a), ceil(a / b)]
14660 [|a|, \left| a \over b \right|,
14661  \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil]
14662 @end group
14663 @end example
14664 @tex
14665 $$ [|a|, \left| a \over b \right|,
14666     \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil] $$
14667 @end tex
14668 @sp 1
14670 @example
14671 @group
14672 [sin(a), sin(2 a), sin(2 + a), sin(a / b)]
14673 [\sin@{a@}, \sin@{2 a@}, \sin(2 + a),
14674  \sin\left( @{a \over b@} \right)]
14675 @end group
14676 @end example
14677 @tex
14678 \turnoffactive
14679 $$ [\sin{a}, \sin{2 a}, \sin(2 + a), \sin\left( {a \over b} \right)] $$
14680 @end tex
14681 @sp 2
14683 First with plain @kbd{d T}, then with @kbd{C-u d T}, then finally with
14684 @kbd{C-u - d T} (using the example definition
14685 @samp{\def\foo#1@{\tilde F(#1)@}}:
14687 @example
14688 @group
14689 [f(a), foo(bar), sin(pi)]
14690 [f(a), foo(bar), \sin{\pi}]
14691 [f(a), \hbox@{foo@}(\hbox@{bar@}), \sin@{\pi@}]
14692 [f(a), \foo@{\hbox@{bar@}@}, \sin@{\pi@}]
14693 @end group
14694 @end example
14695 @tex
14696 $$ [f(a), foo(bar), \sin{\pi}] $$
14697 $$ [f(a), \hbox{foo}(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14698 $$ [f(a), \tilde F(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14699 @end tex
14700 @sp 2
14702 First with @samp{\def\evalto@{@}}, then with @samp{\def\evalto#1\to@{@}}:
14704 @example
14705 @group
14706 2 + 3 => 5
14707 \evalto 2 + 3 \to 5
14708 @end group
14709 @end example
14710 @tex
14711 \turnoffactive
14712 $$ 2 + 3 \to 5 $$
14713 $$ 5 $$
14714 @end tex
14715 @sp 2
14717 First with standard @code{\to}, then with @samp{\let\to\Rightarrow}:
14719 @example
14720 @group
14721 [2 + 3 => 5, a / 2 => (b + c) / 2]
14722 [@{2 + 3 \to 5@}, @{@{a \over 2@} \to @{b + c \over 2@}@}]
14723 @end group
14724 @end example
14725 @tex
14726 \turnoffactive
14727 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$
14728 {\let\to\Rightarrow
14729 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$}
14730 @end tex
14731 @sp 2
14733 Matrices normally, then changing @code{\matrix} to @code{\pmatrix}:
14735 @example
14736 @group
14737 [ [ a / b, 0 ], [ 0, 2^(x + 1) ] ]
14738 \matrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14739 \pmatrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14740 @end group
14741 @end example
14742 @tex
14743 \turnoffactive
14744 $$ \matrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14745 $$ \pmatrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14746 @end tex
14747 @sp 2
14748 @end iftex
14750 @node Eqn Language Mode, Mathematica Language Mode, TeX and LaTeX Language Modes, Language Modes
14751 @subsection Eqn Language Mode
14753 @noindent
14754 @kindex d E
14755 @pindex calc-eqn-language
14756 @dfn{Eqn} is another popular formatter for math formulas.  It is
14757 designed for use with the TROFF text formatter, and comes standard
14758 with many versions of Unix.  The @kbd{d E} (@code{calc-eqn-language})
14759 command selects @dfn{eqn} notation.
14761 The @dfn{eqn} language's main idiosyncrasy is that whitespace plays
14762 a significant part in the parsing of the language.  For example,
14763 @samp{sqrt x+1 + y} treats @samp{x+1} as the argument of the
14764 @code{sqrt} operator.  @dfn{Eqn} also understands more conventional
14765 grouping using curly braces:  @samp{sqrt@{x+1@} + y}.  Braces are
14766 required only when the argument contains spaces.
14768 In Calc's @dfn{eqn} mode, however, curly braces are required to
14769 delimit arguments of operators like @code{sqrt}.  The first of the
14770 above examples would treat only the @samp{x} as the argument of
14771 @code{sqrt}, and in fact @samp{sin x+1} would be interpreted as
14772 @samp{sin * x + 1}, because @code{sin} is not a special operator
14773 in the @dfn{eqn} language.  If you always surround the argument
14774 with curly braces, Calc will never misunderstand.
14776 Calc also understands parentheses as grouping characters.  Another
14777 peculiarity of @dfn{eqn}'s syntax makes it advisable to separate
14778 words with spaces from any surrounding characters that aren't curly
14779 braces, so Calc writes @samp{sin ( x + y )} in @dfn{eqn} mode.
14780 (The spaces around @code{sin} are important to make @dfn{eqn}
14781 recognize that @code{sin} should be typeset in a roman font, and
14782 the spaces around @code{x} and @code{y} are a good idea just in
14783 case the @dfn{eqn} document has defined special meanings for these
14784 names, too.)
14786 Powers and subscripts are written with the @code{sub} and @code{sup}
14787 operators, respectively.  Note that the caret symbol @samp{^} is
14788 treated the same as a space in @dfn{eqn} mode, as is the @samp{~}
14789 symbol (these are used to introduce spaces of various widths into
14790 the typeset output of @dfn{eqn}).
14792 As in La@TeX{} mode, Calc's formatter omits parentheses around the
14793 arguments of functions like @code{ln} and @code{sin} if they are
14794 ``simple-looking''; in this case Calc surrounds the argument with
14795 braces, separated by a @samp{~} from the function name: @samp{sin~@{x@}}.
14797 Font change codes (like @samp{roman @var{x}}) and positioning codes
14798 (like @samp{~} and @samp{down @var{n} @var{x}}) are ignored by the
14799 @dfn{eqn} reader.  Also ignored are the words @code{left}, @code{right},
14800 @code{mark}, and @code{lineup}.  Quotation marks in @dfn{eqn} mode input
14801 are treated the same as curly braces: @samp{sqrt "1+x"} is equivalent to
14802 @samp{sqrt @{1+x@}}; this is only an approximation to the true meaning
14803 of quotes in @dfn{eqn}, but it is good enough for most uses.
14805 Accent codes (@samp{@var{x} dot}) are handled by treating them as
14806 function calls (@samp{dot(@var{x})}) internally.  
14807 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a table of these accent
14808 functions.  The @code{prime} accent is treated specially if it occurs on
14809 a variable or function name: @samp{f prime prime @w{( x prime )}} is
14810 stored internally as @samp{f'@w{'}(x')}.  For example, taking the
14811 derivative of @samp{f(2 x)} with @kbd{a d x} will produce @samp{2 f'(2
14812 x)}, which @dfn{eqn} mode will display as @samp{2 f prime ( 2 x )}.
14814 Assignments are written with the @samp{<-} (left-arrow) symbol,
14815 and @code{evalto} operators are written with @samp{->} or
14816 @samp{evalto ... ->} (@pxref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a discussion
14817 of this).  The regular Calc symbols @samp{:=} and @samp{=>} are also
14818 recognized for these operators during reading.
14820 Vectors in @dfn{eqn} mode use regular Calc square brackets, but
14821 matrices are formatted as @samp{matrix @{ ccol @{ a above b @} ... @}}.
14822 The words @code{lcol} and @code{rcol} are recognized as synonyms
14823 for @code{ccol} during input, and are generated instead of @code{ccol}
14824 if the matrix justification mode so specifies.
14826 @node Mathematica Language Mode, Maple Language Mode, Eqn Language Mode, Language Modes
14827 @subsection Mathematica Language Mode
14829 @noindent
14830 @kindex d M
14831 @pindex calc-mathematica-language
14832 @cindex Mathematica language
14833 The @kbd{d M} (@code{calc-mathematica-language}) command selects the
14834 conventions of Mathematica.  Notable differences in Mathematica mode
14835 are that the names of built-in functions are capitalized, and function
14836 calls use square brackets instead of parentheses.  Thus the Calc
14837 formula @samp{sin(2 x)} is entered and displayed @w{@samp{Sin[2 x]}} in
14838 Mathematica mode.
14840 Vectors and matrices use curly braces in Mathematica.  Complex numbers
14841 are written @samp{3 + 4 I}.  The standard special constants in Calc are
14842 written @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, @code{GoldenRatio}, @code{EulerGamma},
14843 @code{Infinity}, @code{ComplexInfinity}, and @code{Indeterminate} in
14844 Mathematica mode.
14845 Non-decimal numbers are written, e.g., @samp{16^^7fff}.  Floating-point
14846 numbers in scientific notation are written @samp{1.23*10.^3}.
14847 Subscripts use double square brackets: @samp{a[[i]]}.
14849 @node Maple Language Mode, Compositions, Mathematica Language Mode, Language Modes
14850 @subsection Maple Language Mode
14852 @noindent
14853 @kindex d W
14854 @pindex calc-maple-language
14855 @cindex Maple language
14856 The @kbd{d W} (@code{calc-maple-language}) command selects the
14857 conventions of Maple.
14859 Maple's language is much like C.  Underscores are allowed in symbol
14860 names; square brackets are used for subscripts; explicit @samp{*}s for
14861 multiplications are required.  Use either @samp{^} or @samp{**} to
14862 denote powers.
14864 Maple uses square brackets for lists and curly braces for sets.  Calc
14865 interprets both notations as vectors, and displays vectors with square
14866 brackets.  This means Maple sets will be converted to lists when they
14867 pass through Calc.  As a special case, matrices are written as calls
14868 to the function @code{matrix}, given a list of lists as the argument,
14869 and can be read in this form or with all-capitals @code{MATRIX}.
14871 The Maple interval notation @samp{2 .. 3} has no surrounding brackets;
14872 Calc reads @samp{2 .. 3} as the closed interval @samp{[2 .. 3]}, and
14873 writes any kind of interval as @samp{2 .. 3}.  This means you cannot
14874 see the difference between an open and a closed interval while in
14875 Maple display mode.
14877 Maple writes complex numbers as @samp{3 + 4*I}.  Its special constants
14878 are @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, and @code{infinity} (all three of
14879 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} display as @code{infinity}).
14880 Floating-point numbers are written @samp{1.23*10.^3}.
14882 Among things not currently handled by Calc's Maple mode are the
14883 various quote symbols, procedures and functional operators, and
14884 inert (@samp{&}) operators.
14886 @node Compositions, Syntax Tables, Maple Language Mode, Language Modes
14887 @subsection Compositions
14889 @noindent
14890 @cindex Compositions
14891 There are several @dfn{composition functions} which allow you to get
14892 displays in a variety of formats similar to those in Big language
14893 mode.  Most of these functions do not evaluate to anything; they are
14894 placeholders which are left in symbolic form by Calc's evaluator but
14895 are recognized by Calc's display formatting routines.
14897 Two of these, @code{string} and @code{bstring}, are described elsewhere.
14898 @xref{Strings}.  For example, @samp{string("ABC")} is displayed as
14899 @samp{ABC}.  When viewed on the stack it will be indistinguishable from
14900 the variable @code{ABC}, but internally it will be stored as
14901 @samp{string([65, 66, 67])} and can still be manipulated this way; for
14902 example, the selection and vector commands @kbd{j 1 v v j u} would
14903 select the vector portion of this object and reverse the elements, then
14904 deselect to reveal a string whose characters had been reversed.
14906 The composition functions do the same thing in all language modes
14907 (although their components will of course be formatted in the current
14908 language mode).  The one exception is Unformatted mode (@kbd{d U}),
14909 which does not give the composition functions any special treatment.
14910 The functions are discussed here because of their relationship to
14911 the language modes.
14913 @menu
14914 * Composition Basics::
14915 * Horizontal Compositions::
14916 * Vertical Compositions::
14917 * Other Compositions::
14918 * Information about Compositions::
14919 * User-Defined Compositions::
14920 @end menu
14922 @node Composition Basics, Horizontal Compositions, Compositions, Compositions
14923 @subsubsection Composition Basics
14925 @noindent
14926 Compositions are generally formed by stacking formulas together
14927 horizontally or vertically in various ways.  Those formulas are
14928 themselves compositions.  @TeX{} users will find this analogous
14929 to @TeX{}'s ``boxes.''  Each multi-line composition has a
14930 @dfn{baseline}; horizontal compositions use the baselines to
14931 decide how formulas should be positioned relative to one another.
14932 For example, in the Big mode formula
14934 @example
14935 @group
14936           2
14937      a + b
14938 17 + ------
14939        c
14940 @end group
14941 @end example
14943 @noindent
14944 the second term of the sum is four lines tall and has line three as
14945 its baseline.  Thus when the term is combined with 17, line three
14946 is placed on the same level as the baseline of 17.
14948 @tex
14949 \bigskip
14950 @end tex
14952 Another important composition concept is @dfn{precedence}.  This is
14953 an integer that represents the binding strength of various operators.
14954 For example, @samp{*} has higher precedence (195) than @samp{+} (180),
14955 which means that @samp{(a * b) + c} will be formatted without the
14956 parentheses, but @samp{a * (b + c)} will keep the parentheses.
14958 The operator table used by normal and Big language modes has the
14959 following precedences:
14961 @example
14962 _     1200   @r{(subscripts)}
14963 %     1100   @r{(as in n}%@r{)}
14964 -     1000   @r{(as in }-@r{n)}
14965 !     1000   @r{(as in }!@r{n)}
14966 mod    400
14967 +/-    300
14968 !!     210    @r{(as in n}!!@r{)}
14969 !      210    @r{(as in n}!@r{)}
14970 ^      200
14971 *      195    @r{(or implicit multiplication)}
14972 / % \  190
14973 + -    180    @r{(as in a}+@r{b)}
14974 |      170
14975 < =    160    @r{(and other relations)}
14976 &&     110
14977 ||     100
14978 ? :     90
14979 !!!     85
14980 &&&     80
14981 |||     75
14982 :=      50
14983 ::      45
14984 =>      40
14985 @end example
14987 The general rule is that if an operator with precedence @expr{n}
14988 occurs as an argument to an operator with precedence @expr{m}, then
14989 the argument is enclosed in parentheses if @expr{n < m}.  Top-level
14990 expressions and expressions which are function arguments, vector
14991 components, etc., are formatted with precedence zero (so that they
14992 normally never get additional parentheses).
14994 For binary left-associative operators like @samp{+}, the righthand
14995 argument is actually formatted with one-higher precedence than shown
14996 in the table.  This makes sure @samp{(a + b) + c} omits the parentheses,
14997 but the unnatural form @samp{a + (b + c)} keeps its parentheses.
14998 Right-associative operators like @samp{^} format the lefthand argument
14999 with one-higher precedence.
15001 @ignore
15002 @starindex
15003 @end ignore
15004 @tindex cprec
15005 The @code{cprec} function formats an expression with an arbitrary
15006 precedence.  For example, @samp{cprec(abc, 185)} will combine into
15007 sums and products as follows:  @samp{7 + abc}, @samp{7 (abc)} (because
15008 this @code{cprec} form has higher precedence than addition, but lower
15009 precedence than multiplication).
15011 @tex
15012 \bigskip
15013 @end tex
15015 A final composition issue is @dfn{line breaking}.  Calc uses two
15016 different strategies for ``flat'' and ``non-flat'' compositions.
15017 A non-flat composition is anything that appears on multiple lines
15018 (not counting line breaking).  Examples would be matrices and Big
15019 mode powers and quotients.  Non-flat compositions are displayed
15020 exactly as specified.  If they come out wider than the current
15021 window, you must use horizontal scrolling (@kbd{<} and @kbd{>}) to
15022 view them.
15024 Flat compositions, on the other hand, will be broken across several
15025 lines if they are too wide to fit the window.  Certain points in a
15026 composition are noted internally as @dfn{break points}.  Calc's
15027 general strategy is to fill each line as much as possible, then to
15028 move down to the next line starting at the first break point that
15029 didn't fit.  However, the line breaker understands the hierarchical
15030 structure of formulas.  It will not break an ``inner'' formula if
15031 it can use an earlier break point from an ``outer'' formula instead.
15032 For example, a vector of sums might be formatted as:
15034 @example
15035 @group
15036 [ a + b + c, d + e + f,
15037   g + h + i, j + k + l, m ]
15038 @end group
15039 @end example
15041 @noindent
15042 If the @samp{m} can fit, then so, it seems, could the @samp{g}.
15043 But Calc prefers to break at the comma since the comma is part
15044 of a ``more outer'' formula.  Calc would break at a plus sign
15045 only if it had to, say, if the very first sum in the vector had
15046 itself been too large to fit.
15048 Of the composition functions described below, only @code{choriz}
15049 generates break points.  The @code{bstring} function (@pxref{Strings})
15050 also generates breakable items:  A break point is added after every
15051 space (or group of spaces) except for spaces at the very beginning or
15052 end of the string.
15054 Composition functions themselves count as levels in the formula
15055 hierarchy, so a @code{choriz} that is a component of a larger
15056 @code{choriz} will be less likely to be broken.  As a special case,
15057 if a @code{bstring} occurs as a component of a @code{choriz} or
15058 @code{choriz}-like object (such as a vector or a list of arguments
15059 in a function call), then the break points in that @code{bstring}
15060 will be on the same level as the break points of the surrounding
15061 object.
15063 @node Horizontal Compositions, Vertical Compositions, Composition Basics, Compositions
15064 @subsubsection Horizontal Compositions
15066 @noindent
15067 @ignore
15068 @starindex
15069 @end ignore
15070 @tindex choriz
15071 The @code{choriz} function takes a vector of objects and composes
15072 them horizontally.  For example, @samp{choriz([17, a b/c, d])} formats
15073 as @w{@samp{17a b / cd}} in Normal language mode, or as
15075 @example
15076 @group
15077   a b
15078 17---d
15079    c
15080 @end group
15081 @end example
15083 @noindent
15084 in Big language mode.  This is actually one case of the general
15085 function @samp{choriz(@var{vec}, @var{sep}, @var{prec})}, where
15086 either or both of @var{sep} and @var{prec} may be omitted.
15087 @var{Prec} gives the @dfn{precedence} to use when formatting
15088 each of the components of @var{vec}.  The default precedence is
15089 the precedence from the surrounding environment.
15091 @var{Sep} is a string (i.e., a vector of character codes as might
15092 be entered with @code{" "} notation) which should separate components
15093 of the composition.  Also, if @var{sep} is given, the line breaker
15094 will allow lines to be broken after each occurrence of @var{sep}.
15095 If @var{sep} is omitted, the composition will not be breakable
15096 (unless any of its component compositions are breakable).
15098 For example, @samp{2 choriz([a, b c, d = e], " + ", 180)} is
15099 formatted as @samp{2 a + b c + (d = e)}.  To get the @code{choriz}
15100 to have precedence 180 ``outwards'' as well as ``inwards,''
15101 enclose it in a @code{cprec} form:  @samp{2 cprec(choriz(...), 180)}
15102 formats as @samp{2 (a + b c + (d = e))}.
15104 The baseline of a horizontal composition is the same as the
15105 baselines of the component compositions, which are all aligned.
15107 @node Vertical Compositions, Other Compositions, Horizontal Compositions, Compositions
15108 @subsubsection Vertical Compositions
15110 @noindent
15111 @ignore
15112 @starindex
15113 @end ignore
15114 @tindex cvert
15115 The @code{cvert} function makes a vertical composition.  Each
15116 component of the vector is centered in a column.  The baseline of
15117 the result is by default the top line of the resulting composition.
15118 For example, @samp{f(cvert([a, bb, ccc]), cvert([a^2 + 1, b^2]))}
15119 formats in Big mode as
15121 @example
15122 @group
15123 f( a ,  2    )
15124   bb   a  + 1
15125   ccc     2
15126          b
15127 @end group
15128 @end example
15130 @ignore
15131 @starindex
15132 @end ignore
15133 @tindex cbase
15134 There are several special composition functions that work only as
15135 components of a vertical composition.  The @code{cbase} function
15136 controls the baseline of the vertical composition; the baseline
15137 will be the same as the baseline of whatever component is enclosed
15138 in @code{cbase}.  Thus @samp{f(cvert([a, cbase(bb), ccc]),
15139 cvert([a^2 + 1, cbase(b^2)]))} displays as
15141 @example
15142 @group
15143         2
15144        a  + 1
15145    a      2
15146 f(bb ,   b   )
15147   ccc
15148 @end group
15149 @end example
15151 @ignore
15152 @starindex
15153 @end ignore
15154 @tindex ctbase
15155 @ignore
15156 @starindex
15157 @end ignore
15158 @tindex cbbase
15159 There are also @code{ctbase} and @code{cbbase} functions which
15160 make the baseline of the vertical composition equal to the top
15161 or bottom line (rather than the baseline) of that component.
15162 Thus @samp{cvert([cbase(a / b)]) + cvert([ctbase(a / b)]) +
15163 cvert([cbbase(a / b)])} gives
15165 @example
15166 @group
15167         a
15168 a       -
15169 - + a + b
15170 b   -
15171     b
15172 @end group
15173 @end example
15175 There should be only one @code{cbase}, @code{ctbase}, or @code{cbbase}
15176 function in a given vertical composition.  These functions can also
15177 be written with no arguments:  @samp{ctbase()} is a zero-height object
15178 which means the baseline is the top line of the following item, and
15179 @samp{cbbase()} means the baseline is the bottom line of the preceding
15180 item.
15182 @ignore
15183 @starindex
15184 @end ignore
15185 @tindex crule
15186 The @code{crule} function builds a ``rule,'' or horizontal line,
15187 across a vertical composition.  By itself @samp{crule()} uses @samp{-}
15188 characters to build the rule.  You can specify any other character,
15189 e.g., @samp{crule("=")}.  The argument must be a character code or
15190 vector of exactly one character code.  It is repeated to match the
15191 width of the widest item in the stack.  For example, a quotient
15192 with a thick line is @samp{cvert([a + 1, cbase(crule("=")), b^2])}:
15194 @example
15195 @group
15196 a + 1
15197 =====
15198   2
15200 @end group
15201 @end example
15203 @ignore
15204 @starindex
15205 @end ignore
15206 @tindex clvert
15207 @ignore
15208 @starindex
15209 @end ignore
15210 @tindex crvert
15211 Finally, the functions @code{clvert} and @code{crvert} act exactly
15212 like @code{cvert} except that the items are left- or right-justified
15213 in the stack.  Thus @samp{clvert([a, bb, ccc]) + crvert([a, bb, ccc])}
15214 gives:
15216 @example
15217 @group
15218 a   +   a
15219 bb     bb
15220 ccc   ccc
15221 @end group
15222 @end example
15224 Like @code{choriz}, the vertical compositions accept a second argument
15225 which gives the precedence to use when formatting the components.
15226 Vertical compositions do not support separator strings.
15228 @node Other Compositions, Information about Compositions, Vertical Compositions, Compositions
15229 @subsubsection Other Compositions
15231 @noindent
15232 @ignore
15233 @starindex
15234 @end ignore
15235 @tindex csup
15236 The @code{csup} function builds a superscripted expression.  For
15237 example, @samp{csup(a, b)} looks the same as @samp{a^b} does in Big
15238 language mode.  This is essentially a horizontal composition of
15239 @samp{a} and @samp{b}, where @samp{b} is shifted up so that its
15240 bottom line is one above the baseline.
15242 @ignore
15243 @starindex
15244 @end ignore
15245 @tindex csub
15246 Likewise, the @code{csub} function builds a subscripted expression.
15247 This shifts @samp{b} down so that its top line is one below the
15248 bottom line of @samp{a} (note that this is not quite analogous to
15249 @code{csup}).  Other arrangements can be obtained by using
15250 @code{choriz} and @code{cvert} directly.
15252 @ignore
15253 @starindex
15254 @end ignore
15255 @tindex cflat
15256 The @code{cflat} function formats its argument in ``flat'' mode,
15257 as obtained by @samp{d O}, if the current language mode is normal
15258 or Big.  It has no effect in other language modes.  For example,
15259 @samp{a^(b/c)} is formatted by Big mode like @samp{csup(a, cflat(b/c))}
15260 to improve its readability.
15262 @ignore
15263 @starindex
15264 @end ignore
15265 @tindex cspace
15266 The @code{cspace} function creates horizontal space.  For example,
15267 @samp{cspace(4)} is effectively the same as @samp{string("    ")}.
15268 A second string (i.e., vector of characters) argument is repeated
15269 instead of the space character.  For example, @samp{cspace(4, "ab")}
15270 looks like @samp{abababab}.  If the second argument is not a string,
15271 it is formatted in the normal way and then several copies of that
15272 are composed together:  @samp{cspace(4, a^2)} yields
15274 @example
15275 @group
15276  2 2 2 2
15277 a a a a
15278 @end group
15279 @end example
15281 @noindent
15282 If the number argument is zero, this is a zero-width object.
15284 @ignore
15285 @starindex
15286 @end ignore
15287 @tindex cvspace
15288 The @code{cvspace} function creates vertical space, or a vertical
15289 stack of copies of a certain string or formatted object.  The
15290 baseline is the center line of the resulting stack.  A numerical
15291 argument of zero will produce an object which contributes zero
15292 height if used in a vertical composition.
15294 @ignore
15295 @starindex
15296 @end ignore
15297 @tindex ctspace
15298 @ignore
15299 @starindex
15300 @end ignore
15301 @tindex cbspace
15302 There are also @code{ctspace} and @code{cbspace} functions which
15303 create vertical space with the baseline the same as the baseline
15304 of the top or bottom copy, respectively, of the second argument.
15305 Thus @samp{cvspace(2, a/b) + ctspace(2, a/b) + cbspace(2, a/b)}
15306 displays as:
15308 @example
15309 @group
15310         a
15311         -
15312 a       b
15313 -   a   a
15314 b + - + -
15315 a   b   b
15316 -   a
15317 b   -
15318     b
15319 @end group
15320 @end example
15322 @node Information about Compositions, User-Defined Compositions, Other Compositions, Compositions
15323 @subsubsection Information about Compositions
15325 @noindent
15326 The functions in this section are actual functions; they compose their
15327 arguments according to the current language and other display modes,
15328 then return a certain measurement of the composition as an integer.
15330 @ignore
15331 @starindex
15332 @end ignore
15333 @tindex cwidth
15334 The @code{cwidth} function measures the width, in characters, of a
15335 composition.  For example, @samp{cwidth(a + b)} is 5, and
15336 @samp{cwidth(a / b)} is 5 in Normal mode, 1 in Big mode, and 11 in
15337 @TeX{} mode (for @samp{@{a \over b@}}).  The argument may involve
15338 the composition functions described in this section.
15340 @ignore
15341 @starindex
15342 @end ignore
15343 @tindex cheight
15344 The @code{cheight} function measures the height of a composition.
15345 This is the total number of lines in the argument's printed form.
15347 @ignore
15348 @starindex
15349 @end ignore
15350 @tindex cascent
15351 @ignore
15352 @starindex
15353 @end ignore
15354 @tindex cdescent
15355 The functions @code{cascent} and @code{cdescent} measure the amount
15356 of the height that is above (and including) the baseline, or below
15357 the baseline, respectively.  Thus @samp{cascent(@var{x}) + cdescent(@var{x})}
15358 always equals @samp{cheight(@var{x})}.  For a one-line formula like
15359 @samp{a + b}, @code{cascent} returns 1 and @code{cdescent} returns 0.
15360 For @samp{a / b} in Big mode, @code{cascent} returns 2 and @code{cdescent}
15361 returns 1.  The only formula for which @code{cascent} will return zero
15362 is @samp{cvspace(0)} or equivalents.
15364 @node User-Defined Compositions, , Information about Compositions, Compositions
15365 @subsubsection User-Defined Compositions
15367 @noindent
15368 @kindex Z C
15369 @pindex calc-user-define-composition
15370 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command lets you
15371 define the display format for any algebraic function.  You provide a
15372 formula containing a certain number of argument variables on the stack.
15373 Any time Calc formats a call to the specified function in the current
15374 language mode and with that number of arguments, Calc effectively
15375 replaces the function call with that formula with the arguments
15376 replaced.
15378 Calc builds the default argument list by sorting all the variable names
15379 that appear in the formula into alphabetical order.  You can edit this
15380 argument list before pressing @key{RET} if you wish.  Any variables in
15381 the formula that do not appear in the argument list will be displayed
15382 literally; any arguments that do not appear in the formula will not
15383 affect the display at all.
15385 You can define formats for built-in functions, for functions you have
15386 defined with @kbd{Z F} (@pxref{Algebraic Definitions}), or for functions
15387 which have no definitions but are being used as purely syntactic objects.
15388 You can define different formats for each language mode, and for each
15389 number of arguments, using a succession of @kbd{Z C} commands.  When
15390 Calc formats a function call, it first searches for a format defined
15391 for the current language mode (and number of arguments); if there is
15392 none, it uses the format defined for the Normal language mode.  If
15393 neither format exists, Calc uses its built-in standard format for that
15394 function (usually just @samp{@var{func}(@var{args})}).
15396 If you execute @kbd{Z C} with the number 0 on the stack instead of a
15397 formula, any defined formats for the function in the current language
15398 mode will be removed.  The function will revert to its standard format.
15400 For example, the default format for the binomial coefficient function
15401 @samp{choose(n, m)} in the Big language mode is
15403 @example
15404 @group
15406 ( )
15408 @end group
15409 @end example
15411 @noindent
15412 You might prefer the notation,
15414 @example
15415 @group
15417 n m
15418 @end group
15419 @end example
15421 @noindent
15422 To define this notation, first make sure you are in Big mode,
15423 then put the formula
15425 @smallexample
15426 choriz([cvert([cvspace(1), n]), C, cvert([cvspace(1), m])])
15427 @end smallexample
15429 @noindent
15430 on the stack and type @kbd{Z C}.  Answer the first prompt with
15431 @code{choose}.  The second prompt will be the default argument list
15432 of @samp{(C m n)}.  Edit this list to be @samp{(n m)} and press
15433 @key{RET}.  Now, try it out:  For example, turn simplification
15434 off with @kbd{m O} and enter @samp{choose(a,b) + choose(7,3)}
15435 as an algebraic entry.
15437 @example
15438 @group
15439  C  +  C
15440 a b   7 3
15441 @end group
15442 @end example
15444 As another example, let's define the usual notation for Stirling
15445 numbers of the first kind, @samp{stir1(n, m)}.  This is just like
15446 the regular format for binomial coefficients but with square brackets
15447 instead of parentheses.
15449 @smallexample
15450 choriz([string("["), cvert([n, cbase(cvspace(1)), m]), string("]")])
15451 @end smallexample
15453 Now type @kbd{Z C stir1 @key{RET}}, edit the argument list to
15454 @samp{(n m)}, and type @key{RET}.
15456 The formula provided to @kbd{Z C} usually will involve composition
15457 functions, but it doesn't have to.  Putting the formula @samp{a + b + c}
15458 onto the stack and typing @kbd{Z C foo @key{RET} @key{RET}} would define
15459 the function @samp{foo(x,y,z)} to display like @samp{x + y + z}.
15460 This ``sum'' will act exactly like a real sum for all formatting
15461 purposes (it will be parenthesized the same, and so on).  However
15462 it will be computationally unrelated to a sum.  For example, the
15463 formula @samp{2 * foo(1, 2, 3)} will display as @samp{2 (1 + 2 + 3)}.
15464 Operator precedences have caused the ``sum'' to be written in
15465 parentheses, but the arguments have not actually been summed.
15466 (Generally a display format like this would be undesirable, since
15467 it can easily be confused with a real sum.)
15469 The special function @code{eval} can be used inside a @kbd{Z C}
15470 composition formula to cause all or part of the formula to be
15471 evaluated at display time.  For example, if the formula is
15472 @samp{a + eval(b + c)}, then @samp{foo(1, 2, 3)} will be displayed
15473 as @samp{1 + 5}.  Evaluation will use the default simplifications,
15474 regardless of the current simplification mode.  There are also
15475 @code{evalsimp} and @code{evalextsimp} which simplify as if by
15476 @kbd{a s} and @kbd{a e} (respectively).  Note that these ``functions''
15477 operate only in the context of composition formulas (and also in
15478 rewrite rules, where they serve a similar purpose; @pxref{Rewrite
15479 Rules}).  On the stack, a call to @code{eval} will be left in
15480 symbolic form.
15482 It is not a good idea to use @code{eval} except as a last resort.
15483 It can cause the display of formulas to be extremely slow.  For
15484 example, while @samp{eval(a + b)} might seem quite fast and simple,
15485 there are several situations where it could be slow.  For example,
15486 @samp{a} and/or @samp{b} could be polar complex numbers, in which
15487 case doing the sum requires trigonometry.  Or, @samp{a} could be
15488 the factorial @samp{fact(100)} which is unevaluated because you
15489 have typed @kbd{m O}; @code{eval} will evaluate it anyway to
15490 produce a large, unwieldy integer.
15492 You can save your display formats permanently using the @kbd{Z P}
15493 command (@pxref{Creating User Keys}).
15495 @node Syntax Tables, , Compositions, Language Modes
15496 @subsection Syntax Tables
15498 @noindent
15499 @cindex Syntax tables
15500 @cindex Parsing formulas, customized
15501 Syntax tables do for input what compositions do for output:  They
15502 allow you to teach custom notations to Calc's formula parser.
15503 Calc keeps a separate syntax table for each language mode.
15505 (Note that the Calc ``syntax tables'' discussed here are completely
15506 unrelated to the syntax tables described in the Emacs manual.)
15508 @kindex Z S
15509 @pindex calc-edit-user-syntax
15510 The @kbd{Z S} (@code{calc-edit-user-syntax}) command edits the
15511 syntax table for the current language mode.  If you want your
15512 syntax to work in any language, define it in the Normal language
15513 mode.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing the syntax table, or
15514 @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @kbd{m m} command saves all
15515 the syntax tables along with the other mode settings;
15516 @pxref{General Mode Commands}.
15518 @menu
15519 * Syntax Table Basics::
15520 * Precedence in Syntax Tables::
15521 * Advanced Syntax Patterns::
15522 * Conditional Syntax Rules::
15523 @end menu
15525 @node Syntax Table Basics, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables, Syntax Tables
15526 @subsubsection Syntax Table Basics
15528 @noindent
15529 @dfn{Parsing} is the process of converting a raw string of characters,
15530 such as you would type in during algebraic entry, into a Calc formula.
15531 Calc's parser works in two stages.  First, the input is broken down
15532 into @dfn{tokens}, such as words, numbers, and punctuation symbols
15533 like @samp{+}, @samp{:=}, and @samp{+/-}.  Space between tokens is
15534 ignored (except when it serves to separate adjacent words).  Next,
15535 the parser matches this string of tokens against various built-in
15536 syntactic patterns, such as ``an expression followed by @samp{+}
15537 followed by another expression'' or ``a name followed by @samp{(},
15538 zero or more expressions separated by commas, and @samp{)}.''
15540 A @dfn{syntax table} is a list of user-defined @dfn{syntax rules},
15541 which allow you to specify new patterns to define your own
15542 favorite input notations.  Calc's parser always checks the syntax
15543 table for the current language mode, then the table for the Normal
15544 language mode, before it uses its built-in rules to parse an
15545 algebraic formula you have entered.  Each syntax rule should go on
15546 its own line; it consists of a @dfn{pattern}, a @samp{:=} symbol,
15547 and a Calc formula with an optional @dfn{condition}.  (Syntax rules
15548 resemble algebraic rewrite rules, but the notation for patterns is
15549 completely different.)
15551 A syntax pattern is a list of tokens, separated by spaces.
15552 Except for a few special symbols, tokens in syntax patterns are
15553 matched literally, from left to right.  For example, the rule,
15555 @example
15556 foo ( ) := 2+3
15557 @end example
15559 @noindent
15560 would cause Calc to parse the formula @samp{4+foo()*5} as if it
15561 were @samp{4+(2+3)*5}.  Notice that the parentheses were written
15562 as two separate tokens in the rule.  As a result, the rule works
15563 for both @samp{foo()} and @w{@samp{foo (  )}}.  If we had written
15564 the rule as @samp{foo () := 2+3}, then Calc would treat @samp{()}
15565 as a single, indivisible token, so that @w{@samp{foo( )}} would
15566 not be recognized by the rule.  (It would be parsed as a regular
15567 zero-argument function call instead.)  In fact, this rule would
15568 also make trouble for the rest of Calc's parser:  An unrelated
15569 formula like @samp{bar()} would now be tokenized into @samp{bar ()}
15570 instead of @samp{bar ( )}, so that the standard parser for function
15571 calls would no longer recognize it!
15573 While it is possible to make a token with a mixture of letters
15574 and punctuation symbols, this is not recommended.  It is better to
15575 break it into several tokens, as we did with @samp{foo()} above.
15577 The symbol @samp{#} in a syntax pattern matches any Calc expression.
15578 On the righthand side, the things that matched the @samp{#}s can
15579 be referred to as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on (where @samp{#1}
15580 matches the leftmost @samp{#} in the pattern).  For example, these
15581 rules match a user-defined function, prefix operator, infix operator,
15582 and postfix operator, respectively:
15584 @example
15585 foo ( # ) := myfunc(#1)
15586 foo # := myprefix(#1)
15587 # foo # := myinfix(#1,#2)
15588 # foo := mypostfix(#1)
15589 @end example
15591 Thus @samp{foo(3)} will parse as @samp{myfunc(3)}, and @samp{2+3 foo}
15592 will parse as @samp{mypostfix(2+3)}.
15594 It is important to write the first two rules in the order shown,
15595 because Calc tries rules in order from first to last.  If the
15596 pattern @samp{foo #} came first, it would match anything that could
15597 match the @samp{foo ( # )} rule, since an expression in parentheses
15598 is itself a valid expression.  Thus the @w{@samp{foo ( # )}} rule would
15599 never get to match anything.  Likewise, the last two rules must be
15600 written in the order shown or else @samp{3 foo 4} will be parsed as
15601 @samp{mypostfix(3) * 4}.  (Of course, the best way to avoid these
15602 ambiguities is not to use the same symbol in more than one way at
15603 the same time!  In case you're not convinced, try the following
15604 exercise:  How will the above rules parse the input @samp{foo(3,4)},
15605 if at all?  Work it out for yourself, then try it in Calc and see.)
15607 Calc is quite flexible about what sorts of patterns are allowed.
15608 The only rule is that every pattern must begin with a literal
15609 token (like @samp{foo} in the first two patterns above), or with
15610 a @samp{#} followed by a literal token (as in the last two
15611 patterns).  After that, any mixture is allowed, although putting
15612 two @samp{#}s in a row will not be very useful since two
15613 expressions with nothing between them will be parsed as one
15614 expression that uses implicit multiplication.
15616 As a more practical example, Maple uses the notation
15617 @samp{sum(a(i), i=1..10)} for sums, which Calc's Maple mode doesn't
15618 recognize at present.  To handle this syntax, we simply add the
15619 rule,
15621 @example
15622 sum ( # , # = # .. # ) := sum(#1,#2,#3,#4)
15623 @end example
15625 @noindent
15626 to the Maple mode syntax table.  As another example, C mode can't
15627 read assignment operators like @samp{++} and @samp{*=}.  We can
15628 define these operators quite easily:
15630 @example
15631 # *= # := muleq(#1,#2)
15632 # ++ := postinc(#1)
15633 ++ # := preinc(#1)
15634 @end example
15636 @noindent
15637 To complete the job, we would use corresponding composition functions
15638 and @kbd{Z C} to cause these functions to display in their respective
15639 Maple and C notations.  (Note that the C example ignores issues of
15640 operator precedence, which are discussed in the next section.)
15642 You can enclose any token in quotes to prevent its usual
15643 interpretation in syntax patterns:
15645 @example
15646 # ":=" # := becomes(#1,#2)
15647 @end example
15649 Quotes also allow you to include spaces in a token, although once
15650 again it is generally better to use two tokens than one token with
15651 an embedded space.  To include an actual quotation mark in a quoted
15652 token, precede it with a backslash.  (This also works to include
15653 backslashes in tokens.)
15655 @example
15656 # "bad token" # "/\"\\" # := silly(#1,#2,#3)
15657 @end example
15659 @noindent
15660 This will parse @samp{3 bad token 4 /"\ 5} to @samp{silly(3,4,5)}.
15662 The token @kbd{#} has a predefined meaning in Calc's formula parser;
15663 it is not valid to use @samp{"#"} in a syntax rule.  However, longer
15664 tokens that include the @samp{#} character are allowed.  Also, while
15665 @samp{"$"} and @samp{"\""} are allowed as tokens, their presence in
15666 the syntax table will prevent those characters from working in their
15667 usual ways (referring to stack entries and quoting strings,
15668 respectively).
15670 Finally, the notation @samp{%%} anywhere in a syntax table causes
15671 the rest of the line to be ignored as a comment.
15673 @node Precedence in Syntax Tables, Advanced Syntax Patterns, Syntax Table Basics, Syntax Tables
15674 @subsubsection Precedence
15676 @noindent
15677 Different operators are generally assigned different @dfn{precedences}.
15678 By default, an operator defined by a rule like
15680 @example
15681 # foo # := foo(#1,#2)
15682 @end example
15684 @noindent
15685 will have an extremely low precedence, so that @samp{2*3+4 foo 5 == 6}
15686 will be parsed as @samp{(2*3+4) foo (5 == 6)}.  To change the
15687 precedence of an operator, use the notation @samp{#/@var{p}} in
15688 place of @samp{#}, where @var{p} is an integer precedence level.
15689 For example, 185 lies between the precedences for @samp{+} and
15690 @samp{*}, so if we change this rule to
15692 @example
15693 #/185 foo #/186 := foo(#1,#2)
15694 @end example
15696 @noindent
15697 then @samp{2+3 foo 4*5} will be parsed as @samp{2+(3 foo (4*5))}.
15698 Also, because we've given the righthand expression slightly higher
15699 precedence, our new operator will be left-associative:
15700 @samp{1 foo 2 foo 3} will be parsed as @samp{(1 foo 2) foo 3}.
15701 By raising the precedence of the lefthand expression instead, we
15702 can create a right-associative operator.
15704 @xref{Composition Basics}, for a table of precedences of the
15705 standard Calc operators.  For the precedences of operators in other
15706 language modes, look in the Calc source file @file{calc-lang.el}.
15708 @node Advanced Syntax Patterns, Conditional Syntax Rules, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables
15709 @subsubsection Advanced Syntax Patterns
15711 @noindent
15712 To match a function with a variable number of arguments, you could
15713 write
15715 @example
15716 foo ( # ) := myfunc(#1)
15717 foo ( # , # ) := myfunc(#1,#2)
15718 foo ( # , # , # ) := myfunc(#1,#2,#3)
15719 @end example
15721 @noindent
15722 but this isn't very elegant.  To match variable numbers of items,
15723 Calc uses some notations inspired regular expressions and the
15724 ``extended BNF'' style used by some language designers.
15726 @example
15727 foo ( @{ # @}*, ) := apply(myfunc,#1)
15728 @end example
15730 The token @samp{@{} introduces a repeated or optional portion.
15731 One of the three tokens @samp{@}*}, @samp{@}+}, or @samp{@}?}
15732 ends the portion.  These will match zero or more, one or more,
15733 or zero or one copies of the enclosed pattern, respectively.
15734 In addition, @samp{@}*} and @samp{@}+} can be followed by a
15735 separator token (with no space in between, as shown above).
15736 Thus @samp{@{ # @}*,} matches nothing, or one expression, or
15737 several expressions separated by commas.
15739 A complete @samp{@{ ... @}} item matches as a vector of the
15740 items that matched inside it.  For example, the above rule will
15741 match @samp{foo(1,2,3)} to get @samp{apply(myfunc,[1,2,3])}.
15742 The Calc @code{apply} function takes a function name and a vector
15743 of arguments and builds a call to the function with those
15744 arguments, so the net result is the formula @samp{myfunc(1,2,3)}.
15746 If the body of a @samp{@{ ... @}} contains several @samp{#}s
15747 (or nested @samp{@{ ... @}} constructs), then the items will be
15748 strung together into the resulting vector.  If the body
15749 does not contain anything but literal tokens, the result will
15750 always be an empty vector.
15752 @example
15753 foo ( @{ # , # @}+, ) := bar(#1)
15754 foo ( @{ @{ # @}*, @}*; ) := matrix(#1)
15755 @end example
15757 @noindent
15758 will parse @samp{foo(1, 2, 3, 4)} as @samp{bar([1, 2, 3, 4])}, and
15759 @samp{foo(1, 2; 3, 4)} as @samp{matrix([[1, 2], [3, 4]])}.  Also, after
15760 some thought it's easy to see how this pair of rules will parse
15761 @samp{foo(1, 2, 3)} as @samp{matrix([[1, 2, 3]])}, since the first
15762 rule will only match an even number of arguments.  The rule
15764 @example
15765 foo ( # @{ , # , # @}? ) := bar(#1,#2)
15766 @end example
15768 @noindent
15769 will parse @samp{foo(2,3,4)} as @samp{bar(2,[3,4])}, and
15770 @samp{foo(2)} as @samp{bar(2,[])}.
15772 The notation @samp{@{ ... @}?.} (note the trailing period) works
15773 just the same as regular @samp{@{ ... @}?}, except that it does not
15774 count as an argument; the following two rules are equivalent:
15776 @example
15777 foo ( # , @{ also @}? # ) := bar(#1,#3)
15778 foo ( # , @{ also @}?. # ) := bar(#1,#2)
15779 @end example
15781 @noindent
15782 Note that in the first case the optional text counts as @samp{#2},
15783 which will always be an empty vector, but in the second case no
15784 empty vector is produced.
15786 Another variant is @samp{@{ ... @}?$}, which means the body is
15787 optional only at the end of the input formula.  All built-in syntax
15788 rules in Calc use this for closing delimiters, so that during
15789 algebraic entry you can type @kbd{[sqrt(2), sqrt(3 @key{RET}}, omitting
15790 the closing parenthesis and bracket.  Calc does this automatically
15791 for trailing @samp{)}, @samp{]}, and @samp{>} tokens in syntax
15792 rules, but you can use @samp{@{ ... @}?$} explicitly to get
15793 this effect with any token (such as @samp{"@}"} or @samp{end}).
15794 Like @samp{@{ ... @}?.}, this notation does not count as an
15795 argument.  Conversely, you can use quotes, as in @samp{")"}, to
15796 prevent a closing-delimiter token from being automatically treated
15797 as optional.
15799 Calc's parser does not have full backtracking, which means some
15800 patterns will not work as you might expect:
15802 @example
15803 foo ( @{ # , @}? # , # ) := bar(#1,#2,#3)
15804 @end example
15806 @noindent
15807 Here we are trying to make the first argument optional, so that
15808 @samp{foo(2,3)} parses as @samp{bar([],2,3)}.  Unfortunately, Calc
15809 first tries to match @samp{2,} against the optional part of the
15810 pattern, finds a match, and so goes ahead to match the rest of the
15811 pattern.  Later on it will fail to match the second comma, but it
15812 doesn't know how to go back and try the other alternative at that
15813 point.  One way to get around this would be to use two rules:
15815 @example
15816 foo ( # , # , # ) := bar([#1],#2,#3)
15817 foo ( # , # ) := bar([],#1,#2)
15818 @end example
15820 More precisely, when Calc wants to match an optional or repeated
15821 part of a pattern, it scans forward attempting to match that part.
15822 If it reaches the end of the optional part without failing, it
15823 ``finalizes'' its choice and proceeds.  If it fails, though, it
15824 backs up and tries the other alternative.  Thus Calc has ``partial''
15825 backtracking.  A fully backtracking parser would go on to make sure
15826 the rest of the pattern matched before finalizing the choice.
15828 @node Conditional Syntax Rules, , Advanced Syntax Patterns, Syntax Tables
15829 @subsubsection Conditional Syntax Rules
15831 @noindent
15832 It is possible to attach a @dfn{condition} to a syntax rule.  For
15833 example, the rules
15835 @example
15836 foo ( # ) := ifoo(#1) :: integer(#1)
15837 foo ( # ) := gfoo(#1)
15838 @end example
15840 @noindent
15841 will parse @samp{foo(3)} as @samp{ifoo(3)}, but will parse
15842 @samp{foo(3.5)} and @samp{foo(x)} as calls to @code{gfoo}.  Any
15843 number of conditions may be attached; all must be true for the
15844 rule to succeed.  A condition is ``true'' if it evaluates to a
15845 nonzero number.  @xref{Logical Operations}, for a list of Calc
15846 functions like @code{integer} that perform logical tests.
15848 The exact sequence of events is as follows:  When Calc tries a
15849 rule, it first matches the pattern as usual.  It then substitutes
15850 @samp{#1}, @samp{#2}, etc., in the conditions, if any.  Next, the
15851 conditions are simplified and evaluated in order from left to right,
15852 as if by the @w{@kbd{a s}} algebra command (@pxref{Simplifying Formulas}).
15853 Each result is true if it is a nonzero number, or an expression
15854 that can be proven to be nonzero (@pxref{Declarations}).  If the
15855 results of all conditions are true, the expression (such as
15856 @samp{ifoo(#1)}) has its @samp{#}s substituted, and that is the
15857 result of the parse.  If the result of any condition is false, Calc
15858 goes on to try the next rule in the syntax table.
15860 Syntax rules also support @code{let} conditions, which operate in
15861 exactly the same way as they do in algebraic rewrite rules.
15862 @xref{Other Features of Rewrite Rules}, for details.  A @code{let}
15863 condition is always true, but as a side effect it defines a
15864 variable which can be used in later conditions, and also in the
15865 expression after the @samp{:=} sign:
15867 @example
15868 foo ( # ) := hifoo(x) :: let(x := #1 + 0.5) :: dnumint(x)
15869 @end example
15871 @noindent
15872 The @code{dnumint} function tests if a value is numerically an
15873 integer, i.e., either a true integer or an integer-valued float.
15874 This rule will parse @code{foo} with a half-integer argument,
15875 like @samp{foo(3.5)}, to a call like @samp{hifoo(4.)}.
15877 The lefthand side of a syntax rule @code{let} must be a simple
15878 variable, not the arbitrary pattern that is allowed in rewrite
15879 rules.
15881 The @code{matches} function is also treated specially in syntax
15882 rule conditions (again, in the same way as in rewrite rules).
15883 @xref{Matching Commands}.  If the matching pattern contains
15884 meta-variables, then those meta-variables may be used in later
15885 conditions and in the result expression.  The arguments to
15886 @code{matches} are not evaluated in this situation.
15888 @example
15889 sum ( # , # ) := sum(#1,a,b,c) :: matches(#2, a=[b..c])
15890 @end example
15892 @noindent
15893 This is another way to implement the Maple mode @code{sum} notation.
15894 In this approach, we allow @samp{#2} to equal the whole expression
15895 @samp{i=1..10}.  Then, we use @code{matches} to break it apart into
15896 its components.  If the expression turns out not to match the pattern,
15897 the syntax rule will fail.  Note that @kbd{Z S} always uses Calc's
15898 Normal language mode for editing expressions in syntax rules, so we
15899 must use regular Calc notation for the interval @samp{[b..c]} that
15900 will correspond to the Maple mode interval @samp{1..10}.
15902 @node Modes Variable, Calc Mode Line, Language Modes, Mode Settings
15903 @section The @code{Modes} Variable
15905 @noindent
15906 @kindex m g
15907 @pindex calc-get-modes
15908 The @kbd{m g} (@code{calc-get-modes}) command pushes onto the stack
15909 a vector of numbers that describes the various mode settings that
15910 are in effect.  With a numeric prefix argument, it pushes only the
15911 @var{n}th mode, i.e., the @var{n}th element of this vector.  Keyboard
15912 macros can use the @kbd{m g} command to modify their behavior based
15913 on the current mode settings.
15915 @cindex @code{Modes} variable
15916 @vindex Modes
15917 The modes vector is also available in the special variable
15918 @code{Modes}.  In other words, @kbd{m g} is like @kbd{s r Modes @key{RET}}.
15919 It will not work to store into this variable; in fact, if you do,
15920 @code{Modes} will cease to track the current modes.  (The @kbd{m g}
15921 command will continue to work, however.)
15923 In general, each number in this vector is suitable as a numeric
15924 prefix argument to the associated mode-setting command.  (Recall
15925 that the @kbd{~} key takes a number from the stack and gives it as
15926 a numeric prefix to the next command.)
15928 The elements of the modes vector are as follows:
15930 @enumerate
15931 @item
15932 Current precision.  Default is 12; associated command is @kbd{p}.
15934 @item
15935 Binary word size.  Default is 32; associated command is @kbd{b w}.
15937 @item
15938 Stack size (not counting the value about to be pushed by @kbd{m g}).
15939 This is zero if @kbd{m g} is executed with an empty stack.
15941 @item
15942 Number radix.  Default is 10; command is @kbd{d r}.
15944 @item
15945 Floating-point format.  This is the number of digits, plus the
15946 constant 0 for normal notation, 10000 for scientific notation,
15947 20000 for engineering notation, or 30000 for fixed-point notation.
15948 These codes are acceptable as prefix arguments to the @kbd{d n}
15949 command, but note that this may lose information:  For example,
15950 @kbd{d s} and @kbd{C-u 12 d s} have similar (but not quite
15951 identical) effects if the current precision is 12, but they both
15952 produce a code of 10012, which will be treated by @kbd{d n} as
15953 @kbd{C-u 12 d s}.  If the precision then changes, the float format
15954 will still be frozen at 12 significant figures.
15956 @item
15957 Angular mode.  Default is 1 (degrees).  Other values are 2 (radians)
15958 and 3 (HMS).  The @kbd{m d} command accepts these prefixes.
15960 @item
15961 Symbolic mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m s}.
15963 @item
15964 Fraction mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m f}.
15966 @item
15967 Polar mode.  Value is 0 (rectangular) or 1 (polar); default is 0.
15968 Command is @kbd{m p}.
15970 @item
15971 Matrix/Scalar mode.  Default value is @mathit{-1}.  Value is 0 for Scalar
15972 mode, @mathit{-2} for Matrix mode, @mathit{-3} for square Matrix mode,
15973 or @var{N} for  
15974 @texline @math{N\times N}
15975 @infoline @var{N}x@var{N} 
15976 Matrix mode.  Command is @kbd{m v}.
15978 @item
15979 Simplification mode.  Default is 1.  Value is @mathit{-1} for off (@kbd{m O}),
15980 0 for @kbd{m N}, 2 for @kbd{m B}, 3 for @kbd{m A}, 4 for @kbd{m E},
15981 or 5 for @w{@kbd{m U}}.  The @kbd{m D} command accepts these prefixes.
15983 @item
15984 Infinite mode.  Default is @mathit{-1} (off).  Value is 1 if the mode is on,
15985 or 0 if the mode is on with positive zeros.  Command is @kbd{m i}.
15986 @end enumerate
15988 For example, the sequence @kbd{M-1 m g @key{RET} 2 + ~ p} increases the
15989 precision by two, leaving a copy of the old precision on the stack.
15990 Later, @kbd{~ p} will restore the original precision using that
15991 stack value.  (This sequence might be especially useful inside a
15992 keyboard macro.)
15994 As another example, @kbd{M-3 m g 1 - ~ @key{DEL}} deletes all but the
15995 oldest (bottommost) stack entry.
15997 Yet another example:  The HP-48 ``round'' command rounds a number
15998 to the current displayed precision.  You could roughly emulate this
15999 in Calc with the sequence @kbd{M-5 m g 10000 % ~ c c}.  (This
16000 would not work for fixed-point mode, but it wouldn't be hard to
16001 do a full emulation with the help of the @kbd{Z [} and @kbd{Z ]}
16002 programming commands.  @xref{Conditionals in Macros}.)
16004 @node Calc Mode Line, , Modes Variable, Mode Settings
16005 @section The Calc Mode Line
16007 @noindent
16008 @cindex Mode line indicators
16009 This section is a summary of all symbols that can appear on the
16010 Calc mode line, the highlighted bar that appears under the Calc
16011 stack window (or under an editing window in Embedded mode).
16013 The basic mode line format is:
16015 @example
16016 --%%-Calc: 12 Deg @var{other modes}       (Calculator)
16017 @end example
16019 The @samp{%%} is the Emacs symbol for ``read-only''; it shows that
16020 regular Emacs commands are not allowed to edit the stack buffer
16021 as if it were text.
16023 The word @samp{Calc:} changes to @samp{CalcEmbed:} if Embedded mode
16024 is enabled.  The words after this describe the various Calc modes
16025 that are in effect.
16027 The first mode is always the current precision, an integer.
16028 The second mode is always the angular mode, either @code{Deg},
16029 @code{Rad}, or @code{Hms}.
16031 Here is a complete list of the remaining symbols that can appear
16032 on the mode line:
16034 @table @code
16035 @item Alg
16036 Algebraic mode (@kbd{m a}; @pxref{Algebraic Entry}).
16038 @item Alg[(
16039 Incomplete algebraic mode (@kbd{C-u m a}).
16041 @item Alg*
16042 Total algebraic mode (@kbd{m t}).
16044 @item Symb
16045 Symbolic mode (@kbd{m s}; @pxref{Symbolic Mode}).
16047 @item Matrix
16048 Matrix mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
16050 @item Matrix@var{n}
16051 Dimensioned Matrix mode (@kbd{C-u @var{n} m v}; @pxref{Matrix Mode}).
16053 @item SqMatrix
16054 Square Matrix mode (@kbd{C-u m v}; @pxref{Matrix Mode}).
16056 @item Scalar
16057 Scalar mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
16059 @item Polar
16060 Polar complex mode (@kbd{m p}; @pxref{Polar Mode}).
16062 @item Frac
16063 Fraction mode (@kbd{m f}; @pxref{Fraction Mode}).
16065 @item Inf
16066 Infinite mode (@kbd{m i}; @pxref{Infinite Mode}).
16068 @item +Inf
16069 Positive Infinite mode (@kbd{C-u 0 m i}).
16071 @item NoSimp
16072 Default simplifications off (@kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}).
16074 @item NumSimp
16075 Default simplifications for numeric arguments only (@kbd{m N}).
16077 @item BinSimp@var{w}
16078 Binary-integer simplification mode; word size @var{w} (@kbd{m B}, @kbd{b w}).
16080 @item AlgSimp
16081 Algebraic simplification mode (@kbd{m A}).
16083 @item ExtSimp
16084 Extended algebraic simplification mode (@kbd{m E}).
16086 @item UnitSimp
16087 Units simplification mode (@kbd{m U}).
16089 @item Bin
16090 Current radix is 2 (@kbd{d 2}; @pxref{Radix Modes}).
16092 @item Oct
16093 Current radix is 8 (@kbd{d 8}).
16095 @item Hex
16096 Current radix is 16 (@kbd{d 6}).
16098 @item Radix@var{n}
16099 Current radix is @var{n} (@kbd{d r}).
16101 @item Zero
16102 Leading zeros (@kbd{d z}; @pxref{Radix Modes}).
16104 @item Big
16105 Big language mode (@kbd{d B}; @pxref{Normal Language Modes}).
16107 @item Flat
16108 One-line normal language mode (@kbd{d O}).
16110 @item Unform
16111 Unformatted language mode (@kbd{d U}).
16113 @item C
16114 C language mode (@kbd{d C}; @pxref{C FORTRAN Pascal}).
16116 @item Pascal
16117 Pascal language mode (@kbd{d P}).
16119 @item Fortran
16120 FORTRAN language mode (@kbd{d F}).
16122 @item TeX
16123 @TeX{} language mode (@kbd{d T}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
16125 @item LaTeX
16126 La@TeX{} language mode (@kbd{d L}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
16128 @item Eqn
16129 @dfn{Eqn} language mode (@kbd{d E}; @pxref{Eqn Language Mode}).
16131 @item Math
16132 Mathematica language mode (@kbd{d M}; @pxref{Mathematica Language Mode}).
16134 @item Maple
16135 Maple language mode (@kbd{d W}; @pxref{Maple Language Mode}).
16137 @item Norm@var{n}
16138 Normal float mode with @var{n} digits (@kbd{d n}; @pxref{Float Formats}).
16140 @item Fix@var{n}
16141 Fixed point mode with @var{n} digits after the point (@kbd{d f}).
16143 @item Sci
16144 Scientific notation mode (@kbd{d s}).
16146 @item Sci@var{n}
16147 Scientific notation with @var{n} digits (@kbd{d s}).
16149 @item Eng
16150 Engineering notation mode (@kbd{d e}).
16152 @item Eng@var{n}
16153 Engineering notation with @var{n} digits (@kbd{d e}).
16155 @item Left@var{n}
16156 Left-justified display indented by @var{n} (@kbd{d <}; @pxref{Justification}).
16158 @item Right
16159 Right-justified display (@kbd{d >}).
16161 @item Right@var{n}
16162 Right-justified display with width @var{n} (@kbd{d >}).
16164 @item Center
16165 Centered display (@kbd{d =}).
16167 @item Center@var{n}
16168 Centered display with center column @var{n} (@kbd{d =}).
16170 @item Wid@var{n}
16171 Line breaking with width @var{n} (@kbd{d b}; @pxref{Normal Language Modes}).
16173 @item Wide
16174 No line breaking (@kbd{d b}).
16176 @item Break
16177 Selections show deep structure (@kbd{j b}; @pxref{Making Selections}).
16179 @item Save
16180 Record modes in @file{~/.calc.el} (@kbd{m R}; @pxref{General Mode Commands}).
16182 @item Local
16183 Record modes in Embedded buffer (@kbd{m R}).
16185 @item LocEdit
16186 Record modes as editing-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
16188 @item LocPerm
16189 Record modes as permanent-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
16191 @item Global
16192 Record modes as global in Embedded buffer (@kbd{m R}).
16194 @item Manual
16195 Automatic recomputation turned off (@kbd{m C}; @pxref{Automatic
16196 Recomputation}).
16198 @item Graph
16199 GNUPLOT process is alive in background (@pxref{Graphics}).
16201 @item Sel
16202 Top-of-stack has a selection (Embedded only; @pxref{Making Selections}).
16204 @item Dirty
16205 The stack display may not be up-to-date (@pxref{Display Modes}).
16207 @item Inv
16208 ``Inverse'' prefix was pressed (@kbd{I}; @pxref{Inverse and Hyperbolic}).
16210 @item Hyp
16211 ``Hyperbolic'' prefix was pressed (@kbd{H}).
16213 @item Keep
16214 ``Keep-arguments'' prefix was pressed (@kbd{K}).
16216 @item Narrow
16217 Stack is truncated (@kbd{d t}; @pxref{Truncating the Stack}).
16218 @end table
16220 In addition, the symbols @code{Active} and @code{~Active} can appear
16221 as minor modes on an Embedded buffer's mode line.  @xref{Embedded Mode}.
16223 @node Arithmetic, Scientific Functions, Mode Settings, Top
16224 @chapter Arithmetic Functions
16226 @noindent
16227 This chapter describes the Calc commands for doing simple calculations
16228 on numbers, such as addition, absolute value, and square roots.  These
16229 commands work by removing the top one or two values from the stack,
16230 performing the desired operation, and pushing the result back onto the
16231 stack.  If the operation cannot be performed, the result pushed is a
16232 formula instead of a number, such as @samp{2/0} (because division by zero
16233 is invalid) or @samp{sqrt(x)} (because the argument @samp{x} is a formula).
16235 Most of the commands described here can be invoked by a single keystroke.
16236 Some of the more obscure ones are two-letter sequences beginning with
16237 the @kbd{f} (``functions'') prefix key.
16239 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
16240 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
16241 interpret a prefix argument.
16243 @menu
16244 * Basic Arithmetic::
16245 * Integer Truncation::
16246 * Complex Number Functions::
16247 * Conversions::
16248 * Date Arithmetic::
16249 * Financial Functions::
16250 * Binary Functions::
16251 @end menu
16253 @node Basic Arithmetic, Integer Truncation, Arithmetic, Arithmetic
16254 @section Basic Arithmetic
16256 @noindent
16257 @kindex +
16258 @pindex calc-plus
16259 @ignore
16260 @mindex @null
16261 @end ignore
16262 @tindex +
16263 The @kbd{+} (@code{calc-plus}) command adds two numbers.  The numbers may
16264 be any of the standard Calc data types.  The resulting sum is pushed back
16265 onto the stack.
16267 If both arguments of @kbd{+} are vectors or matrices (of matching dimensions),
16268 the result is a vector or matrix sum.  If one argument is a vector and the
16269 other a scalar (i.e., a non-vector), the scalar is added to each of the
16270 elements of the vector to form a new vector.  If the scalar is not a
16271 number, the operation is left in symbolic form:  Suppose you added @samp{x}
16272 to the vector @samp{[1,2]}.  You may want the result @samp{[1+x,2+x]}, or
16273 you may plan to substitute a 2-vector for @samp{x} in the future.  Since
16274 the Calculator can't tell which interpretation you want, it makes the
16275 safest assumption.  @xref{Reducing and Mapping}, for a way to add @samp{x}
16276 to every element of a vector.
16278 If either argument of @kbd{+} is a complex number, the result will in general
16279 be complex.  If one argument is in rectangular form and the other polar,
16280 the current Polar mode determines the form of the result.  If Symbolic
16281 mode is enabled, the sum may be left as a formula if the necessary
16282 conversions for polar addition are non-trivial.
16284 If both arguments of @kbd{+} are HMS forms, the forms are added according to
16285 the usual conventions of hours-minutes-seconds notation.  If one argument
16286 is an HMS form and the other is a number, that number is converted from
16287 degrees or radians (depending on the current Angular mode) to HMS format
16288 and then the two HMS forms are added.
16290 If one argument of @kbd{+} is a date form, the other can be either a
16291 real number, which advances the date by a certain number of days, or
16292 an HMS form, which advances the date by a certain amount of time.
16293 Subtracting two date forms yields the number of days between them.
16294 Adding two date forms is meaningless, but Calc interprets it as the
16295 subtraction of one date form and the negative of the other.  (The
16296 negative of a date form can be understood by remembering that dates
16297 are stored as the number of days before or after Jan 1, 1 AD.)
16299 If both arguments of @kbd{+} are error forms, the result is an error form
16300 with an appropriately computed standard deviation.  If one argument is an
16301 error form and the other is a number, the number is taken to have zero error.
16302 Error forms may have symbolic formulas as their mean and/or error parts;
16303 adding these will produce a symbolic error form result.  However, adding an
16304 error form to a plain symbolic formula (as in @samp{(a +/- b) + c}) will not
16305 work, for the same reasons just mentioned for vectors.  Instead you must
16306 write @samp{(a +/- b) + (c +/- 0)}.
16308 If both arguments of @kbd{+} are modulo forms with equal values of @expr{M},
16309 or if one argument is a modulo form and the other a plain number, the
16310 result is a modulo form which represents the sum, modulo @expr{M}, of
16311 the two values.
16313 If both arguments of @kbd{+} are intervals, the result is an interval
16314 which describes all possible sums of the possible input values.  If
16315 one argument is a plain number, it is treated as the interval
16316 @w{@samp{[x ..@: x]}}.
16318 If one argument of @kbd{+} is an infinity and the other is not, the
16319 result is that same infinity.  If both arguments are infinite and in
16320 the same direction, the result is the same infinity, but if they are
16321 infinite in different directions the result is @code{nan}.
16323 @kindex -
16324 @pindex calc-minus
16325 @ignore
16326 @mindex @null
16327 @end ignore
16328 @tindex -
16329 The @kbd{-} (@code{calc-minus}) command subtracts two values.  The top
16330 number on the stack is subtracted from the one behind it, so that the
16331 computation @kbd{5 @key{RET} 2 -} produces 3, not @mathit{-3}.  All options
16332 available for @kbd{+} are available for @kbd{-} as well.
16334 @kindex *
16335 @pindex calc-times
16336 @ignore
16337 @mindex @null
16338 @end ignore
16339 @tindex *
16340 The @kbd{*} (@code{calc-times}) command multiplies two numbers.  If one
16341 argument is a vector and the other a scalar, the scalar is multiplied by
16342 the elements of the vector to produce a new vector.  If both arguments
16343 are vectors, the interpretation depends on the dimensions of the
16344 vectors:  If both arguments are matrices, a matrix multiplication is
16345 done.  If one argument is a matrix and the other a plain vector, the
16346 vector is interpreted as a row vector or column vector, whichever is
16347 dimensionally correct.  If both arguments are plain vectors, the result
16348 is a single scalar number which is the dot product of the two vectors.
16350 If one argument of @kbd{*} is an HMS form and the other a number, the
16351 HMS form is multiplied by that amount.  It is an error to multiply two
16352 HMS forms together, or to attempt any multiplication involving date
16353 forms.  Error forms, modulo forms, and intervals can be multiplied;
16354 see the comments for addition of those forms.  When two error forms
16355 or intervals are multiplied they are considered to be statistically
16356 independent; thus, @samp{[-2 ..@: 3] * [-2 ..@: 3]} is @samp{[-6 ..@: 9]},
16357 whereas @w{@samp{[-2 ..@: 3] ^ 2}} is @samp{[0 ..@: 9]}.
16359 @kindex /
16360 @pindex calc-divide
16361 @ignore
16362 @mindex @null
16363 @end ignore
16364 @tindex /
16365 The @kbd{/} (@code{calc-divide}) command divides two numbers.  When
16366 dividing a scalar @expr{B} by a square matrix @expr{A}, the computation
16367 performed is @expr{B} times the inverse of @expr{A}.  This also occurs
16368 if @expr{B} is itself a vector or matrix, in which case the effect is
16369 to solve the set of linear equations represented by @expr{B}.  If @expr{B}
16370 is a matrix with the same number of rows as @expr{A}, or a plain vector
16371 (which is interpreted here as a column vector), then the equation
16372 @expr{A X = B} is solved for the vector or matrix @expr{X}.  Otherwise,
16373 if @expr{B} is a non-square matrix with the same number of @emph{columns}
16374 as @expr{A}, the equation @expr{X A = B} is solved.  If you wish a vector
16375 @expr{B} to be interpreted as a row vector to be solved as @expr{X A = B},
16376 make it into a one-row matrix with @kbd{C-u 1 v p} first.  To force a
16377 left-handed solution with a square matrix @expr{B}, transpose @expr{A} and
16378 @expr{B} before dividing, then transpose the result.
16380 HMS forms can be divided by real numbers or by other HMS forms.  Error
16381 forms can be divided in any combination of ways.  Modulo forms where both
16382 values and the modulo are integers can be divided to get an integer modulo
16383 form result.  Intervals can be divided; dividing by an interval that
16384 encompasses zero or has zero as a limit will result in an infinite
16385 interval.
16387 @kindex ^
16388 @pindex calc-power
16389 @ignore
16390 @mindex @null
16391 @end ignore
16392 @tindex ^
16393 The @kbd{^} (@code{calc-power}) command raises a number to a power.  If
16394 the power is an integer, an exact result is computed using repeated
16395 multiplications.  For non-integer powers, Calc uses Newton's method or
16396 logarithms and exponentials.  Square matrices can be raised to integer
16397 powers.  If either argument is an error (or interval or modulo) form,
16398 the result is also an error (or interval or modulo) form.
16400 @kindex I ^
16401 @tindex nroot
16402 If you press the @kbd{I} (inverse) key first, the @kbd{I ^} command
16403 computes an Nth root:  @kbd{125 @key{RET} 3 I ^} computes the number 5.
16404 (This is entirely equivalent to @kbd{125 @key{RET} 1:3 ^}.)
16406 @kindex \
16407 @pindex calc-idiv
16408 @tindex idiv
16409 @ignore
16410 @mindex @null
16411 @end ignore
16412 @tindex \
16413 The @kbd{\} (@code{calc-idiv}) command divides two numbers on the stack
16414 to produce an integer result.  It is equivalent to dividing with
16415 @key{/}, then rounding down with @kbd{F} (@code{calc-floor}), only a bit
16416 more convenient and efficient.  Also, since it is an all-integer
16417 operation when the arguments are integers, it avoids problems that
16418 @kbd{/ F} would have with floating-point roundoff.
16420 @kindex %
16421 @pindex calc-mod
16422 @ignore
16423 @mindex @null
16424 @end ignore
16425 @tindex %
16426 The @kbd{%} (@code{calc-mod}) command performs a ``modulo'' (or ``remainder'')
16427 operation.  Mathematically, @samp{a%b = a - (a\b)*b}, and is defined
16428 for all real numbers @expr{a} and @expr{b} (except @expr{b=0}).  For
16429 positive @expr{b}, the result will always be between 0 (inclusive) and
16430 @expr{b} (exclusive).  Modulo does not work for HMS forms and error forms.
16431 If @expr{a} is a modulo form, its modulo is changed to @expr{b}, which
16432 must be positive real number.
16434 @kindex :
16435 @pindex calc-fdiv
16436 @tindex fdiv
16437 The @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command
16438 divides the two integers on the top of the stack to produce a fractional
16439 result.  This is a convenient shorthand for enabling Fraction mode (with
16440 @kbd{m f}) temporarily and using @samp{/}.  Note that during numeric entry
16441 the @kbd{:} key is interpreted as a fraction separator, so to divide 8 by 6
16442 you would have to type @kbd{8 @key{RET} 6 @key{RET} :}.  (Of course, in
16443 this case, it would be much easier simply to enter the fraction directly
16444 as @kbd{8:6 @key{RET}}!)
16446 @kindex n
16447 @pindex calc-change-sign
16448 The @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the number on the top
16449 of the stack.  It works on numbers, vectors and matrices, HMS forms, date
16450 forms, error forms, intervals, and modulo forms.
16452 @kindex A
16453 @pindex calc-abs
16454 @tindex abs
16455 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the absolute
16456 value of a number.  The result of @code{abs} is always a nonnegative
16457 real number:  With a complex argument, it computes the complex magnitude.
16458 With a vector or matrix argument, it computes the Frobenius norm, i.e.,
16459 the square root of the sum of the squares of the absolute values of the
16460 elements.  The absolute value of an error form is defined by replacing
16461 the mean part with its absolute value and leaving the error part the same.
16462 The absolute value of a modulo form is undefined.  The absolute value of
16463 an interval is defined in the obvious way.
16465 @kindex f A
16466 @pindex calc-abssqr
16467 @tindex abssqr
16468 The @kbd{f A} (@code{calc-abssqr}) [@code{abssqr}] command computes the
16469 absolute value squared of a number, vector or matrix, or error form.
16471 @kindex f s
16472 @pindex calc-sign
16473 @tindex sign
16474 The @kbd{f s} (@code{calc-sign}) [@code{sign}] command returns 1 if its
16475 argument is positive, @mathit{-1} if its argument is negative, or 0 if its
16476 argument is zero.  In algebraic form, you can also write @samp{sign(a,x)}
16477 which evaluates to @samp{x * sign(a)}, i.e., either @samp{x}, @samp{-x}, or
16478 zero depending on the sign of @samp{a}.
16480 @kindex &
16481 @pindex calc-inv
16482 @tindex inv
16483 @cindex Reciprocal
16484 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
16485 reciprocal of a number, i.e., @expr{1 / x}.  Operating on a square
16486 matrix, it computes the inverse of that matrix.
16488 @kindex Q
16489 @pindex calc-sqrt
16490 @tindex sqrt
16491 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] command computes the square
16492 root of a number.  For a negative real argument, the result will be a
16493 complex number whose form is determined by the current Polar mode.
16495 @kindex f h
16496 @pindex calc-hypot
16497 @tindex hypot
16498 The @kbd{f h} (@code{calc-hypot}) [@code{hypot}] command computes the square
16499 root of the sum of the squares of two numbers.  That is, @samp{hypot(a,b)}
16500 is the length of the hypotenuse of a right triangle with sides @expr{a}
16501 and @expr{b}.  If the arguments are complex numbers, their squared
16502 magnitudes are used.
16504 @kindex f Q
16505 @pindex calc-isqrt
16506 @tindex isqrt
16507 The @kbd{f Q} (@code{calc-isqrt}) [@code{isqrt}] command computes the
16508 integer square root of an integer.  This is the true square root of the
16509 number, rounded down to an integer.  For example, @samp{isqrt(10)}
16510 produces 3.  Note that, like @kbd{\} [@code{idiv}], this uses exact
16511 integer arithmetic throughout to avoid roundoff problems.  If the input
16512 is a floating-point number or other non-integer value, this is exactly
16513 the same as @samp{floor(sqrt(x))}.
16515 @kindex f n
16516 @kindex f x
16517 @pindex calc-min
16518 @tindex min
16519 @pindex calc-max
16520 @tindex max
16521 The @kbd{f n} (@code{calc-min}) [@code{min}] and @kbd{f x} (@code{calc-max})
16522 [@code{max}] commands take the minimum or maximum of two real numbers,
16523 respectively.  These commands also work on HMS forms, date forms,
16524 intervals, and infinities.  (In algebraic expressions, these functions
16525 take any number of arguments and return the maximum or minimum among
16526 all the arguments.)
16528 @kindex f M
16529 @kindex f X
16530 @pindex calc-mant-part
16531 @tindex mant
16532 @pindex calc-xpon-part
16533 @tindex xpon
16534 The @kbd{f M} (@code{calc-mant-part}) [@code{mant}] function extracts
16535 the ``mantissa'' part @expr{m} of its floating-point argument; @kbd{f X}
16536 (@code{calc-xpon-part}) [@code{xpon}] extracts the ``exponent'' part
16537 @expr{e}.  The original number is equal to 
16538 @texline @math{m \times 10^e},
16539 @infoline @expr{m * 10^e},
16540 where @expr{m} is in the interval @samp{[1.0 ..@: 10.0)} except that
16541 @expr{m=e=0} if the original number is zero.  For integers
16542 and fractions, @code{mant} returns the number unchanged and @code{xpon}
16543 returns zero.  The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command can also be
16544 used to ``unpack'' a floating-point number; this produces an integer
16545 mantissa and exponent, with the constraint that the mantissa is not
16546 a multiple of ten (again except for the @expr{m=e=0} case).
16548 @kindex f S
16549 @pindex calc-scale-float
16550 @tindex scf
16551 The @kbd{f S} (@code{calc-scale-float}) [@code{scf}] function scales a number
16552 by a given power of ten.  Thus, @samp{scf(mant(x), xpon(x)) = x} for any
16553 real @samp{x}.  The second argument must be an integer, but the first
16554 may actually be any numeric value.  For example, @samp{scf(5,-2) = 0.05}
16555 or @samp{1:20} depending on the current Fraction mode.
16557 @kindex f [
16558 @kindex f ]
16559 @pindex calc-decrement
16560 @pindex calc-increment
16561 @tindex decr
16562 @tindex incr
16563 The @kbd{f [} (@code{calc-decrement}) [@code{decr}] and @kbd{f ]}
16564 (@code{calc-increment}) [@code{incr}] functions decrease or increase
16565 a number by one unit.  For integers, the effect is obvious.  For
16566 floating-point numbers, the change is by one unit in the last place.
16567 For example, incrementing @samp{12.3456} when the current precision
16568 is 6 digits yields @samp{12.3457}.  If the current precision had been
16569 8 digits, the result would have been @samp{12.345601}.  Incrementing
16570 @samp{0.0} produces 
16571 @texline @math{10^{-p}},
16572 @infoline @expr{10^-p}, 
16573 where @expr{p} is the current
16574 precision.  These operations are defined only on integers and floats.
16575 With numeric prefix arguments, they change the number by @expr{n} units.
16577 Note that incrementing followed by decrementing, or vice-versa, will
16578 almost but not quite always cancel out.  Suppose the precision is
16579 6 digits and the number @samp{9.99999} is on the stack.  Incrementing
16580 will produce @samp{10.0000}; decrementing will produce @samp{9.9999}.
16581 One digit has been dropped.  This is an unavoidable consequence of the
16582 way floating-point numbers work.
16584 Incrementing a date/time form adjusts it by a certain number of seconds.
16585 Incrementing a pure date form adjusts it by a certain number of days.
16587 @node Integer Truncation, Complex Number Functions, Basic Arithmetic, Arithmetic
16588 @section Integer Truncation
16590 @noindent
16591 There are four commands for truncating a real number to an integer,
16592 differing mainly in their treatment of negative numbers.  All of these
16593 commands have the property that if the argument is an integer, the result
16594 is the same integer.  An integer-valued floating-point argument is converted
16595 to integer form.
16597 If you press @kbd{H} (@code{calc-hyperbolic}) first, the result will be
16598 expressed as an integer-valued floating-point number.
16600 @cindex Integer part of a number
16601 @kindex F
16602 @pindex calc-floor
16603 @tindex floor
16604 @tindex ffloor
16605 @ignore
16606 @mindex @null
16607 @end ignore
16608 @kindex H F
16609 The @kbd{F} (@code{calc-floor}) [@code{floor} or @code{ffloor}] command
16610 truncates a real number to the next lower integer, i.e., toward minus
16611 infinity.  Thus @kbd{3.6 F} produces 3, but @kbd{_3.6 F} produces
16612 @mathit{-4}.
16614 @kindex I F
16615 @pindex calc-ceiling
16616 @tindex ceil
16617 @tindex fceil
16618 @ignore
16619 @mindex @null
16620 @end ignore
16621 @kindex H I F
16622 The @kbd{I F} (@code{calc-ceiling}) [@code{ceil} or @code{fceil}]
16623 command truncates toward positive infinity.  Thus @kbd{3.6 I F} produces
16624 4, and @kbd{_3.6 I F} produces @mathit{-3}.
16626 @kindex R
16627 @pindex calc-round
16628 @tindex round
16629 @tindex fround
16630 @ignore
16631 @mindex @null
16632 @end ignore
16633 @kindex H R
16634 The @kbd{R} (@code{calc-round}) [@code{round} or @code{fround}] command
16635 rounds to the nearest integer.  When the fractional part is .5 exactly,
16636 this command rounds away from zero.  (All other rounding in the
16637 Calculator uses this convention as well.)  Thus @kbd{3.5 R} produces 4
16638 but @kbd{3.4 R} produces 3; @kbd{_3.5 R} produces @mathit{-4}.
16640 @kindex I R
16641 @pindex calc-trunc
16642 @tindex trunc
16643 @tindex ftrunc
16644 @ignore
16645 @mindex @null
16646 @end ignore
16647 @kindex H I R
16648 The @kbd{I R} (@code{calc-trunc}) [@code{trunc} or @code{ftrunc}]
16649 command truncates toward zero.  In other words, it ``chops off''
16650 everything after the decimal point.  Thus @kbd{3.6 I R} produces 3 and
16651 @kbd{_3.6 I R} produces @mathit{-3}.
16653 These functions may not be applied meaningfully to error forms, but they
16654 do work for intervals.  As a convenience, applying @code{floor} to a
16655 modulo form floors the value part of the form.  Applied to a vector,
16656 these functions operate on all elements of the vector one by one.
16657 Applied to a date form, they operate on the internal numerical
16658 representation of dates, converting a date/time form into a pure date.
16660 @ignore
16661 @starindex
16662 @end ignore
16663 @tindex rounde
16664 @ignore
16665 @starindex
16666 @end ignore
16667 @tindex roundu
16668 @ignore
16669 @starindex
16670 @end ignore
16671 @tindex frounde
16672 @ignore
16673 @starindex
16674 @end ignore
16675 @tindex froundu
16676 There are two more rounding functions which can only be entered in
16677 algebraic notation.  The @code{roundu} function is like @code{round}
16678 except that it rounds up, toward plus infinity, when the fractional
16679 part is .5.  This distinction matters only for negative arguments.
16680 Also, @code{rounde} rounds to an even number in the case of a tie,
16681 rounding up or down as necessary.  For example, @samp{rounde(3.5)} and
16682 @samp{rounde(4.5)} both return 4, but @samp{rounde(5.5)} returns 6.
16683 The advantage of round-to-even is that the net error due to rounding
16684 after a long calculation tends to cancel out to zero.  An important
16685 subtle point here is that the number being fed to @code{rounde} will
16686 already have been rounded to the current precision before @code{rounde}
16687 begins.  For example, @samp{rounde(2.500001)} with a current precision
16688 of 6 will incorrectly, or at least surprisingly, yield 2 because the
16689 argument will first have been rounded down to @expr{2.5} (which
16690 @code{rounde} sees as an exact tie between 2 and 3).
16692 Each of these functions, when written in algebraic formulas, allows
16693 a second argument which specifies the number of digits after the
16694 decimal point to keep.  For example, @samp{round(123.4567, 2)} will
16695 produce the answer 123.46, and @samp{round(123.4567, -1)} will
16696 produce 120 (i.e., the cutoff is one digit to the @emph{left} of
16697 the decimal point).  A second argument of zero is equivalent to
16698 no second argument at all.
16700 @cindex Fractional part of a number
16701 To compute the fractional part of a number (i.e., the amount which, when
16702 added to `@tfn{floor(}@var{n}@tfn{)}', will produce @var{n}) just take @var{n}
16703 modulo 1 using the @code{%} command.
16705 Note also the @kbd{\} (integer quotient), @kbd{f I} (integer logarithm),
16706 and @kbd{f Q} (integer square root) commands, which are analogous to
16707 @kbd{/}, @kbd{B}, and @kbd{Q}, respectively, except that they take integer
16708 arguments and return the result rounded down to an integer.
16710 @node Complex Number Functions, Conversions, Integer Truncation, Arithmetic
16711 @section Complex Number Functions
16713 @noindent
16714 @kindex J
16715 @pindex calc-conj
16716 @tindex conj
16717 The @kbd{J} (@code{calc-conj}) [@code{conj}] command computes the
16718 complex conjugate of a number.  For complex number @expr{a+bi}, the
16719 complex conjugate is @expr{a-bi}.  If the argument is a real number,
16720 this command leaves it the same.  If the argument is a vector or matrix,
16721 this command replaces each element by its complex conjugate.
16723 @kindex G
16724 @pindex calc-argument
16725 @tindex arg
16726 The @kbd{G} (@code{calc-argument}) [@code{arg}] command computes the
16727 ``argument'' or polar angle of a complex number.  For a number in polar
16728 notation, this is simply the second component of the pair
16729 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'.
16730 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'.
16731 The result is expressed according to the current angular mode and will
16732 be in the range @mathit{-180} degrees (exclusive) to @mathit{+180} degrees
16733 (inclusive), or the equivalent range in radians.
16735 @pindex calc-imaginary
16736 The @code{calc-imaginary} command multiplies the number on the
16737 top of the stack by the imaginary number @expr{i = (0,1)}.  This
16738 command is not normally bound to a key in Calc, but it is available
16739 on the @key{IMAG} button in Keypad mode.
16741 @kindex f r
16742 @pindex calc-re
16743 @tindex re
16744 The @kbd{f r} (@code{calc-re}) [@code{re}] command replaces a complex number
16745 by its real part.  This command has no effect on real numbers.  (As an
16746 added convenience, @code{re} applied to a modulo form extracts
16747 the value part.)
16749 @kindex f i
16750 @pindex calc-im
16751 @tindex im
16752 The @kbd{f i} (@code{calc-im}) [@code{im}] command replaces a complex number
16753 by its imaginary part; real numbers are converted to zero.  With a vector
16754 or matrix argument, these functions operate element-wise.
16756 @ignore
16757 @mindex v p
16758 @end ignore
16759 @kindex v p (complex)
16760 @pindex calc-pack
16761 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) command can pack the top two numbers on
16762 the stack into a composite object such as a complex number.  With
16763 a prefix argument of @mathit{-1}, it produces a rectangular complex number;
16764 with an argument of @mathit{-2}, it produces a polar complex number.
16765 (Also, @pxref{Building Vectors}.)
16767 @ignore
16768 @mindex v u
16769 @end ignore
16770 @kindex v u (complex)
16771 @pindex calc-unpack
16772 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the complex number
16773 (or other composite object) on the top of the stack and unpacks it
16774 into its separate components.
16776 @node Conversions, Date Arithmetic, Complex Number Functions, Arithmetic
16777 @section Conversions
16779 @noindent
16780 The commands described in this section convert numbers from one form
16781 to another; they are two-key sequences beginning with the letter @kbd{c}.
16783 @kindex c f
16784 @pindex calc-float
16785 @tindex pfloat
16786 The @kbd{c f} (@code{calc-float}) [@code{pfloat}] command converts the
16787 number on the top of the stack to floating-point form.  For example,
16788 @expr{23} is converted to @expr{23.0}, @expr{3:2} is converted to
16789 @expr{1.5}, and @expr{2.3} is left the same.  If the value is a composite
16790 object such as a complex number or vector, each of the components is
16791 converted to floating-point.  If the value is a formula, all numbers
16792 in the formula are converted to floating-point.  Note that depending
16793 on the current floating-point precision, conversion to floating-point
16794 format may lose information.
16796 As a special exception, integers which appear as powers or subscripts
16797 are not floated by @kbd{c f}.  If you really want to float a power,
16798 you can use a @kbd{j s} command to select the power followed by @kbd{c f}.
16799 Because @kbd{c f} cannot examine the formula outside of the selection,
16800 it does not notice that the thing being floated is a power.
16801 @xref{Selecting Subformulas}.
16803 The normal @kbd{c f} command is ``pervasive'' in the sense that it
16804 applies to all numbers throughout the formula.  The @code{pfloat}
16805 algebraic function never stays around in a formula; @samp{pfloat(a + 1)}
16806 changes to @samp{a + 1.0} as soon as it is evaluated.
16808 @kindex H c f
16809 @tindex float
16810 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c f} [@code{float}] operates
16811 only on the number or vector of numbers at the top level of its
16812 argument.  Thus, @samp{float(1)} is 1.0, but @samp{float(a + 1)}
16813 is left unevaluated because its argument is not a number.
16815 You should use @kbd{H c f} if you wish to guarantee that the final
16816 value, once all the variables have been assigned, is a float; you
16817 would use @kbd{c f} if you wish to do the conversion on the numbers
16818 that appear right now.
16820 @kindex c F
16821 @pindex calc-fraction
16822 @tindex pfrac
16823 The @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) [@code{pfrac}] command converts a
16824 floating-point number into a fractional approximation.  By default, it
16825 produces a fraction whose decimal representation is the same as the
16826 input number, to within the current precision.  You can also give a
16827 numeric prefix argument to specify a tolerance, either directly, or,
16828 if the prefix argument is zero, by using the number on top of the stack
16829 as the tolerance.  If the tolerance is a positive integer, the fraction
16830 is correct to within that many significant figures.  If the tolerance is
16831 a non-positive integer, it specifies how many digits fewer than the current
16832 precision to use.  If the tolerance is a floating-point number, the
16833 fraction is correct to within that absolute amount.
16835 @kindex H c F
16836 @tindex frac
16837 The @code{pfrac} function is pervasive, like @code{pfloat}.
16838 There is also a non-pervasive version, @kbd{H c F} [@code{frac}],
16839 which is analogous to @kbd{H c f} discussed above.
16841 @kindex c d
16842 @pindex calc-to-degrees
16843 @tindex deg
16844 The @kbd{c d} (@code{calc-to-degrees}) [@code{deg}] command converts a
16845 number into degrees form.  The value on the top of the stack may be an
16846 HMS form (interpreted as degrees-minutes-seconds), or a real number which
16847 will be interpreted in radians regardless of the current angular mode.
16849 @kindex c r
16850 @pindex calc-to-radians
16851 @tindex rad
16852 The @kbd{c r} (@code{calc-to-radians}) [@code{rad}] command converts an
16853 HMS form or angle in degrees into an angle in radians.
16855 @kindex c h
16856 @pindex calc-to-hms
16857 @tindex hms
16858 The @kbd{c h} (@code{calc-to-hms}) [@code{hms}] command converts a real
16859 number, interpreted according to the current angular mode, to an HMS
16860 form describing the same angle.  In algebraic notation, the @code{hms}
16861 function also accepts three arguments: @samp{hms(@var{h}, @var{m}, @var{s})}.
16862 (The three-argument version is independent of the current angular mode.)
16864 @pindex calc-from-hms
16865 The @code{calc-from-hms} command converts the HMS form on the top of the
16866 stack into a real number according to the current angular mode.
16868 @kindex c p
16869 @kindex I c p
16870 @pindex calc-polar
16871 @tindex polar
16872 @tindex rect
16873 The @kbd{c p} (@code{calc-polar}) command converts the complex number on
16874 the top of the stack from polar to rectangular form, or from rectangular
16875 to polar form, whichever is appropriate.  Real numbers are left the same.
16876 This command is equivalent to the @code{rect} or @code{polar}
16877 functions in algebraic formulas, depending on the direction of
16878 conversion.  (It uses @code{polar}, except that if the argument is
16879 already a polar complex number, it uses @code{rect} instead.  The
16880 @kbd{I c p} command always uses @code{rect}.)
16882 @kindex c c
16883 @pindex calc-clean
16884 @tindex pclean
16885 The @kbd{c c} (@code{calc-clean}) [@code{pclean}] command ``cleans'' the
16886 number on the top of the stack.  Floating point numbers are re-rounded
16887 according to the current precision.  Polar numbers whose angular
16888 components have strayed from the @mathit{-180} to @mathit{+180} degree range
16889 are normalized.  (Note that results will be undesirable if the current
16890 angular mode is different from the one under which the number was
16891 produced!)  Integers and fractions are generally unaffected by this
16892 operation.  Vectors and formulas are cleaned by cleaning each component
16893 number (i.e., pervasively).
16895 If the simplification mode is set below the default level, it is raised
16896 to the default level for the purposes of this command.  Thus, @kbd{c c}
16897 applies the default simplifications even if their automatic application
16898 is disabled.  @xref{Simplification Modes}.
16900 @cindex Roundoff errors, correcting
16901 A numeric prefix argument to @kbd{c c} sets the floating-point precision
16902 to that value for the duration of the command.  A positive prefix (of at
16903 least 3) sets the precision to the specified value; a negative or zero
16904 prefix decreases the precision by the specified amount.
16906 @kindex c 0-9
16907 @pindex calc-clean-num
16908 The keystroke sequences @kbd{c 0} through @kbd{c 9} are equivalent
16909 to @kbd{c c} with the corresponding negative prefix argument.  If roundoff
16910 errors have changed 2.0 into 1.999999, typing @kbd{c 1} to clip off one
16911 decimal place often conveniently does the trick.
16913 The @kbd{c c} command with a numeric prefix argument, and the @kbd{c 0}
16914 through @kbd{c 9} commands, also ``clip'' very small floating-point
16915 numbers to zero.  If the exponent is less than or equal to the negative
16916 of the specified precision, the number is changed to 0.0.  For example,
16917 if the current precision is 12, then @kbd{c 2} changes the vector
16918 @samp{[1e-8, 1e-9, 1e-10, 1e-11]} to @samp{[1e-8, 1e-9, 0, 0]}.
16919 Numbers this small generally arise from roundoff noise.
16921 If the numbers you are using really are legitimately this small,
16922 you should avoid using the @kbd{c 0} through @kbd{c 9} commands.
16923 (The plain @kbd{c c} command rounds to the current precision but
16924 does not clip small numbers.)
16926 One more property of @kbd{c 0} through @kbd{c 9}, and of @kbd{c c} with
16927 a prefix argument, is that integer-valued floats are converted to
16928 plain integers, so that @kbd{c 1} on @samp{[1., 1.5, 2., 2.5, 3.]}
16929 produces @samp{[1, 1.5, 2, 2.5, 3]}.  This is not done for huge
16930 numbers (@samp{1e100} is technically an integer-valued float, but
16931 you wouldn't want it automatically converted to a 100-digit integer).
16933 @kindex H c 0-9
16934 @kindex H c c
16935 @tindex clean
16936 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c c} and @kbd{H c 0} through @kbd{H c 9}
16937 operate non-pervasively [@code{clean}].
16939 @node Date Arithmetic, Financial Functions, Conversions, Arithmetic
16940 @section Date Arithmetic
16942 @noindent
16943 @cindex Date arithmetic, additional functions
16944 The commands described in this section perform various conversions
16945 and calculations involving date forms (@pxref{Date Forms}).  They
16946 use the @kbd{t} (for time/date) prefix key followed by shifted
16947 letters.
16949 The simplest date arithmetic is done using the regular @kbd{+} and @kbd{-}
16950 commands.  In particular, adding a number to a date form advances the
16951 date form by a certain number of days; adding an HMS form to a date
16952 form advances the date by a certain amount of time; and subtracting two
16953 date forms produces a difference measured in days.  The commands
16954 described here provide additional, more specialized operations on dates.
16956 Many of these commands accept a numeric prefix argument; if you give
16957 plain @kbd{C-u} as the prefix, these commands will instead take the
16958 additional argument from the top of the stack.
16960 @menu
16961 * Date Conversions::
16962 * Date Functions::
16963 * Time Zones::
16964 * Business Days::
16965 @end menu
16967 @node Date Conversions, Date Functions, Date Arithmetic, Date Arithmetic
16968 @subsection Date Conversions
16970 @noindent
16971 @kindex t D
16972 @pindex calc-date
16973 @tindex date
16974 The @kbd{t D} (@code{calc-date}) [@code{date}] command converts a
16975 date form into a number, measured in days since Jan 1, 1 AD.  The
16976 result will be an integer if @var{date} is a pure date form, or a
16977 fraction or float if @var{date} is a date/time form.  Or, if its
16978 argument is a number, it converts this number into a date form.
16980 With a numeric prefix argument, @kbd{t D} takes that many objects
16981 (up to six) from the top of the stack and interprets them in one
16982 of the following ways:
16984 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day})} function
16985 builds a pure date form out of the specified year, month, and
16986 day, which must all be integers.  @var{Year} is a year number,
16987 such as 1991 (@emph{not} the same as 91!).  @var{Month} must be
16988 an integer in the range 1 to 12; @var{day} must be in the range
16989 1 to 31.  If the specified month has fewer than 31 days and
16990 @var{day} is too large, the equivalent day in the following
16991 month will be used.
16993 The @samp{date(@var{month}, @var{day})} function builds a
16994 pure date form using the current year, as determined by the
16995 real-time clock.
16997 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hms})}
16998 function builds a date/time form using an @var{hms} form.
17000 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hour},
17001 @var{minute}, @var{second})} function builds a date/time form.
17002 @var{hour} should be an integer in the range 0 to 23;
17003 @var{minute} should be an integer in the range 0 to 59;
17004 @var{second} should be any real number in the range @samp{[0 .. 60)}.
17005 The last two arguments default to zero if omitted.
17007 @kindex t J
17008 @pindex calc-julian
17009 @tindex julian
17010 @cindex Julian day counts, conversions
17011 The @kbd{t J} (@code{calc-julian}) [@code{julian}] command converts
17012 a date form into a Julian day count, which is the number of days
17013 since noon on Jan 1, 4713 BC.  A pure date is converted to an integer
17014 Julian count representing noon of that day.  A date/time form is
17015 converted to an exact floating-point Julian count, adjusted to
17016 interpret the date form in the current time zone but the Julian
17017 day count in Greenwich Mean Time.  A numeric prefix argument allows
17018 you to specify the time zone; @pxref{Time Zones}.  Use a prefix of
17019 zero to suppress the time zone adjustment.  Note that pure date forms
17020 are never time-zone adjusted.
17022 This command can also do the opposite conversion, from a Julian day
17023 count (either an integer day, or a floating-point day and time in
17024 the GMT zone), into a pure date form or a date/time form in the
17025 current or specified time zone.
17027 @kindex t U
17028 @pindex calc-unix-time
17029 @tindex unixtime
17030 @cindex Unix time format, conversions
17031 The @kbd{t U} (@code{calc-unix-time}) [@code{unixtime}] command
17032 converts a date form into a Unix time value, which is the number of
17033 seconds since midnight on Jan 1, 1970, or vice-versa.  The numeric result
17034 will be an integer if the current precision is 12 or less; for higher
17035 precisions, the result may be a float with (@var{precision}@minus{}12)
17036 digits after the decimal.  Just as for @kbd{t J}, the numeric time
17037 is interpreted in the GMT time zone and the date form is interpreted
17038 in the current or specified zone.  Some systems use Unix-like
17039 numbering but with the local time zone; give a prefix of zero to
17040 suppress the adjustment if so.
17042 @kindex t C
17043 @pindex calc-convert-time-zones
17044 @tindex tzconv
17045 @cindex Time Zones, converting between
17046 The @kbd{t C} (@code{calc-convert-time-zones}) [@code{tzconv}]
17047 command converts a date form from one time zone to another.  You
17048 are prompted for each time zone name in turn; you can answer with
17049 any suitable Calc time zone expression (@pxref{Time Zones}).
17050 If you answer either prompt with a blank line, the local time
17051 zone is used for that prompt.  You can also answer the first
17052 prompt with @kbd{$} to take the two time zone names from the
17053 stack (and the date to be converted from the third stack level).
17055 @node Date Functions, Business Days, Date Conversions, Date Arithmetic
17056 @subsection Date Functions
17058 @noindent
17059 @kindex t N
17060 @pindex calc-now
17061 @tindex now
17062 The @kbd{t N} (@code{calc-now}) [@code{now}] command pushes the
17063 current date and time on the stack as a date form.  The time is
17064 reported in terms of the specified time zone; with no numeric prefix
17065 argument, @kbd{t N} reports for the current time zone.
17067 @kindex t P
17068 @pindex calc-date-part
17069 The @kbd{t P} (@code{calc-date-part}) command extracts one part
17070 of a date form.  The prefix argument specifies the part; with no
17071 argument, this command prompts for a part code from 1 to 9.
17072 The various part codes are described in the following paragraphs.
17074 @tindex year
17075 The @kbd{M-1 t P} [@code{year}] function extracts the year number
17076 from a date form as an integer, e.g., 1991.  This and the
17077 following functions will also accept a real number for an
17078 argument, which is interpreted as a standard Calc day number.
17079 Note that this function will never return zero, since the year
17080 1 BC immediately precedes the year 1 AD.
17082 @tindex month
17083 The @kbd{M-2 t P} [@code{month}] function extracts the month number
17084 from a date form as an integer in the range 1 to 12.
17086 @tindex day
17087 The @kbd{M-3 t P} [@code{day}] function extracts the day number
17088 from a date form as an integer in the range 1 to 31.
17090 @tindex hour
17091 The @kbd{M-4 t P} [@code{hour}] function extracts the hour from
17092 a date form as an integer in the range 0 (midnight) to 23.  Note
17093 that 24-hour time is always used.  This returns zero for a pure
17094 date form.  This function (and the following two) also accept
17095 HMS forms as input.
17097 @tindex minute
17098 The @kbd{M-5 t P} [@code{minute}] function extracts the minute
17099 from a date form as an integer in the range 0 to 59.
17101 @tindex second
17102 The @kbd{M-6 t P} [@code{second}] function extracts the second
17103 from a date form.  If the current precision is 12 or less,
17104 the result is an integer in the range 0 to 59.  For higher
17105 precisions, the result may instead be a floating-point number.
17107 @tindex weekday
17108 The @kbd{M-7 t P} [@code{weekday}] function extracts the weekday
17109 number from a date form as an integer in the range 0 (Sunday)
17110 to 6 (Saturday).
17112 @tindex yearday
17113 The @kbd{M-8 t P} [@code{yearday}] function extracts the day-of-year
17114 number from a date form as an integer in the range 1 (January 1)
17115 to 366 (December 31 of a leap year).
17117 @tindex time
17118 The @kbd{M-9 t P} [@code{time}] function extracts the time portion
17119 of a date form as an HMS form.  This returns @samp{0@@ 0' 0"}
17120 for a pure date form.
17122 @kindex t M
17123 @pindex calc-new-month
17124 @tindex newmonth
17125 The @kbd{t M} (@code{calc-new-month}) [@code{newmonth}] command
17126 computes a new date form that represents the first day of the month
17127 specified by the input date.  The result is always a pure date
17128 form; only the year and month numbers of the input are retained.
17129 With a numeric prefix argument @var{n} in the range from 1 to 31,
17130 @kbd{t M} computes the @var{n}th day of the month.  (If @var{n}
17131 is greater than the actual number of days in the month, or if
17132 @var{n} is zero, the last day of the month is used.)
17134 @kindex t Y
17135 @pindex calc-new-year
17136 @tindex newyear
17137 The @kbd{t Y} (@code{calc-new-year}) [@code{newyear}] command
17138 computes a new pure date form that represents the first day of
17139 the year specified by the input.  The month, day, and time
17140 of the input date form are lost.  With a numeric prefix argument
17141 @var{n} in the range from 1 to 366, @kbd{t Y} computes the
17142 @var{n}th day of the year (366 is treated as 365 in non-leap
17143 years).  A prefix argument of 0 computes the last day of the
17144 year (December 31).  A negative prefix argument from @mathit{-1} to
17145 @mathit{-12} computes the first day of the @var{n}th month of the year.
17147 @kindex t W
17148 @pindex calc-new-week
17149 @tindex newweek
17150 The @kbd{t W} (@code{calc-new-week}) [@code{newweek}] command
17151 computes a new pure date form that represents the Sunday on or before
17152 the input date.  With a numeric prefix argument, it can be made to
17153 use any day of the week as the starting day; the argument must be in
17154 the range from 0 (Sunday) to 6 (Saturday).  This function always
17155 subtracts between 0 and 6 days from the input date.
17157 Here's an example use of @code{newweek}:  Find the date of the next
17158 Wednesday after a given date.  Using @kbd{M-3 t W} or @samp{newweek(d, 3)}
17159 will give you the @emph{preceding} Wednesday, so @samp{newweek(d+7, 3)}
17160 will give you the following Wednesday.  A further look at the definition
17161 of @code{newweek} shows that if the input date is itself a Wednesday,
17162 this formula will return the Wednesday one week in the future.  An
17163 exercise for the reader is to modify this formula to yield the same day
17164 if the input is already a Wednesday.  Another interesting exercise is
17165 to preserve the time-of-day portion of the input (@code{newweek} resets
17166 the time to midnight; hint:@: how can @code{newweek} be defined in terms
17167 of the @code{weekday} function?).
17169 @ignore
17170 @starindex
17171 @end ignore
17172 @tindex pwday
17173 The @samp{pwday(@var{date})} function (not on any key) computes the
17174 day-of-month number of the Sunday on or before @var{date}.  With
17175 two arguments, @samp{pwday(@var{date}, @var{day})} computes the day
17176 number of the Sunday on or before day number @var{day} of the month
17177 specified by @var{date}.  The @var{day} must be in the range from
17178 7 to 31; if the day number is greater than the actual number of days
17179 in the month, the true number of days is used instead.  Thus
17180 @samp{pwday(@var{date}, 7)} finds the first Sunday of the month, and
17181 @samp{pwday(@var{date}, 31)} finds the last Sunday of the month.
17182 With a third @var{weekday} argument, @code{pwday} can be made to look
17183 for any day of the week instead of Sunday.
17185 @kindex t I
17186 @pindex calc-inc-month
17187 @tindex incmonth
17188 The @kbd{t I} (@code{calc-inc-month}) [@code{incmonth}] command
17189 increases a date form by one month, or by an arbitrary number of
17190 months specified by a numeric prefix argument.  The time portion,
17191 if any, of the date form stays the same.  The day also stays the
17192 same, except that if the new month has fewer days the day
17193 number may be reduced to lie in the valid range.  For example,
17194 @samp{incmonth(<Jan 31, 1991>)} produces @samp{<Feb 28, 1991>}.
17195 Because of this, @kbd{t I t I} and @kbd{M-2 t I} do not always give
17196 the same results (@samp{<Mar 28, 1991>} versus @samp{<Mar 31, 1991>}
17197 in this case).
17199 @ignore
17200 @starindex
17201 @end ignore
17202 @tindex incyear
17203 The @samp{incyear(@var{date}, @var{step})} function increases
17204 a date form by the specified number of years, which may be
17205 any positive or negative integer.  Note that @samp{incyear(d, n)}
17206 is equivalent to @w{@samp{incmonth(d, 12*n)}}, but these do not have
17207 simple equivalents in terms of day arithmetic because
17208 months and years have varying lengths.  If the @var{step}
17209 argument is omitted, 1 year is assumed.  There is no keyboard
17210 command for this function; use @kbd{C-u 12 t I} instead.
17212 There is no @code{newday} function at all because @kbd{F} [@code{floor}]
17213 serves this purpose.  Similarly, instead of @code{incday} and
17214 @code{incweek} simply use @expr{d + n} or @expr{d + 7 n}.
17216 @xref{Basic Arithmetic}, for the @kbd{f ]} [@code{incr}] command
17217 which can adjust a date/time form by a certain number of seconds.
17219 @node Business Days, Time Zones, Date Functions, Date Arithmetic
17220 @subsection Business Days
17222 @noindent
17223 Often time is measured in ``business days'' or ``working days,''
17224 where weekends and holidays are skipped.  Calc's normal date
17225 arithmetic functions use calendar days, so that subtracting two
17226 consecutive Mondays will yield a difference of 7 days.  By contrast,
17227 subtracting two consecutive Mondays would yield 5 business days
17228 (assuming two-day weekends and the absence of holidays).
17230 @kindex t +
17231 @kindex t -
17232 @tindex badd
17233 @tindex bsub
17234 @pindex calc-business-days-plus
17235 @pindex calc-business-days-minus
17236 The @kbd{t +} (@code{calc-business-days-plus}) [@code{badd}]
17237 and @kbd{t -} (@code{calc-business-days-minus}) [@code{bsub}]
17238 commands perform arithmetic using business days.  For @kbd{t +},
17239 one argument must be a date form and the other must be a real
17240 number (positive or negative).  If the number is not an integer,
17241 then a certain amount of time is added as well as a number of
17242 days; for example, adding 0.5 business days to a time in Friday
17243 evening will produce a time in Monday morning.  It is also
17244 possible to add an HMS form; adding @samp{12@@ 0' 0"} also adds
17245 half a business day.  For @kbd{t -}, the arguments are either a
17246 date form and a number or HMS form, or two date forms, in which
17247 case the result is the number of business days between the two
17248 dates.
17250 @cindex @code{Holidays} variable
17251 @vindex Holidays
17252 By default, Calc considers any day that is not a Saturday or
17253 Sunday to be a business day.  You can define any number of
17254 additional holidays by editing the variable @code{Holidays}.
17255 (There is an @w{@kbd{s H}} convenience command for editing this
17256 variable.)  Initially, @code{Holidays} contains the vector
17257 @samp{[sat, sun]}.  Entries in the @code{Holidays} vector may
17258 be any of the following kinds of objects:
17260 @itemize @bullet
17261 @item
17262 Date forms (pure dates, not date/time forms).  These specify
17263 particular days which are to be treated as holidays.
17265 @item
17266 Intervals of date forms.  These specify a range of days, all of
17267 which are holidays (e.g., Christmas week).  @xref{Interval Forms}.
17269 @item
17270 Nested vectors of date forms.  Each date form in the vector is
17271 considered to be a holiday.
17273 @item
17274 Any Calc formula which evaluates to one of the above three things.
17275 If the formula involves the variable @expr{y}, it stands for a
17276 yearly repeating holiday; @expr{y} will take on various year
17277 numbers like 1992.  For example, @samp{date(y, 12, 25)} specifies
17278 Christmas day, and @samp{newweek(date(y, 11, 7), 4) + 21} specifies
17279 Thanksgiving (which is held on the fourth Thursday of November).
17280 If the formula involves the variable @expr{m}, that variable
17281 takes on month numbers from 1 to 12:  @samp{date(y, m, 15)} is
17282 a holiday that takes place on the 15th of every month.
17284 @item
17285 A weekday name, such as @code{sat} or @code{sun}.  This is really
17286 a variable whose name is a three-letter, lower-case day name.
17288 @item
17289 An interval of year numbers (integers).  This specifies the span of
17290 years over which this holiday list is to be considered valid.  Any
17291 business-day arithmetic that goes outside this range will result
17292 in an error message.  Use this if you are including an explicit
17293 list of holidays, rather than a formula to generate them, and you
17294 want to make sure you don't accidentally go beyond the last point
17295 where the holidays you entered are complete.  If there is no
17296 limiting interval in the @code{Holidays} vector, the default
17297 @samp{[1 .. 2737]} is used.  (This is the absolute range of years
17298 for which Calc's business-day algorithms will operate.)
17300 @item
17301 An interval of HMS forms.  This specifies the span of hours that
17302 are to be considered one business day.  For example, if this
17303 range is @samp{[9@@ 0' 0" .. 17@@ 0' 0"]} (i.e., 9am to 5pm), then
17304 the business day is only eight hours long, so that @kbd{1.5 t +}
17305 on @samp{<4:00pm Fri Dec 13, 1991>} will add one business day and
17306 four business hours to produce @samp{<12:00pm Tue Dec 17, 1991>}.
17307 Likewise, @kbd{t -} will now express differences in time as
17308 fractions of an eight-hour day.  Times before 9am will be treated
17309 as 9am by business date arithmetic, and times at or after 5pm will
17310 be treated as 4:59:59pm.  If there is no HMS interval in @code{Holidays},
17311 the full 24-hour day @samp{[0@ 0' 0" .. 24@ 0' 0"]} is assumed.
17312 (Regardless of the type of bounds you specify, the interval is
17313 treated as inclusive on the low end and exclusive on the high end,
17314 so that the work day goes from 9am up to, but not including, 5pm.)
17315 @end itemize
17317 If the @code{Holidays} vector is empty, then @kbd{t +} and
17318 @kbd{t -} will act just like @kbd{+} and @kbd{-} because there will
17319 then be no difference between business days and calendar days.
17321 Calc expands the intervals and formulas you give into a complete
17322 list of holidays for internal use.  This is done mainly to make
17323 sure it can detect multiple holidays.  (For example,
17324 @samp{<Jan 1, 1989>} is both New Year's Day and a Sunday, but
17325 Calc's algorithms take care to count it only once when figuring
17326 the number of holidays between two dates.)
17328 Since the complete list of holidays for all the years from 1 to
17329 2737 would be huge, Calc actually computes only the part of the
17330 list between the smallest and largest years that have been involved
17331 in business-day calculations so far.  Normally, you won't have to
17332 worry about this.  Keep in mind, however, that if you do one
17333 calculation for 1992, and another for 1792, even if both involve
17334 only a small range of years, Calc will still work out all the
17335 holidays that fall in that 200-year span.
17337 If you add a (positive) number of days to a date form that falls on a
17338 weekend or holiday, the date form is treated as if it were the most
17339 recent business day.  (Thus adding one business day to a Friday,
17340 Saturday, or Sunday will all yield the following Monday.)  If you
17341 subtract a number of days from a weekend or holiday, the date is
17342 effectively on the following business day.  (So subtracting one business
17343 day from Saturday, Sunday, or Monday yields the preceding Friday.)  The
17344 difference between two dates one or both of which fall on holidays
17345 equals the number of actual business days between them.  These
17346 conventions are consistent in the sense that, if you add @var{n}
17347 business days to any date, the difference between the result and the
17348 original date will come out to @var{n} business days.  (It can't be
17349 completely consistent though; a subtraction followed by an addition
17350 might come out a bit differently, since @kbd{t +} is incapable of
17351 producing a date that falls on a weekend or holiday.)
17353 @ignore
17354 @starindex
17355 @end ignore
17356 @tindex holiday
17357 There is a @code{holiday} function, not on any keys, that takes
17358 any date form and returns 1 if that date falls on a weekend or
17359 holiday, as defined in @code{Holidays}, or 0 if the date is a
17360 business day.
17362 @node Time Zones, , Business Days, Date Arithmetic
17363 @subsection Time Zones
17365 @noindent
17366 @cindex Time zones
17367 @cindex Daylight saving time
17368 Time zones and daylight saving time are a complicated business.
17369 The conversions to and from Julian and Unix-style dates automatically
17370 compute the correct time zone and daylight saving adjustment to use,
17371 provided they can figure out this information.  This section describes
17372 Calc's time zone adjustment algorithm in detail, in case you want to
17373 do conversions in different time zones or in case Calc's algorithms
17374 can't determine the right correction to use.
17376 Adjustments for time zones and daylight saving time are done by
17377 @kbd{t U}, @kbd{t J}, @kbd{t N}, and @kbd{t C}, but not by any other
17378 commands.  In particular, @samp{<may 1 1991> - <apr 1 1991>} evaluates
17379 to exactly 30 days even though there is a daylight-saving
17380 transition in between.  This is also true for Julian pure dates:
17381 @samp{julian(<may 1 1991>) - julian(<apr 1 1991>)}.  But Julian
17382 and Unix date/times will adjust for daylight saving time:  using Calc's
17383 default daylight saving time rule (see the explanation below),
17384 @samp{julian(<12am may 1 1991>) - julian(<12am apr 1 1991>)}
17385 evaluates to @samp{29.95833} (that's 29 days and 23 hours)
17386 because one hour was lost when daylight saving commenced on
17387 April 7, 1991.
17389 In brief, the idiom @samp{julian(@var{date1}) - julian(@var{date2})}
17390 computes the actual number of 24-hour periods between two dates, whereas
17391 @samp{@var{date1} - @var{date2}} computes the number of calendar
17392 days between two dates without taking daylight saving into account.
17394 @pindex calc-time-zone
17395 @ignore
17396 @starindex
17397 @end ignore
17398 @tindex tzone
17399 The @code{calc-time-zone} [@code{tzone}] command converts the time
17400 zone specified by its numeric prefix argument into a number of
17401 seconds difference from Greenwich mean time (GMT).  If the argument
17402 is a number, the result is simply that value multiplied by 3600.
17403 Typical arguments for North America are 5 (Eastern) or 8 (Pacific).  If
17404 Daylight Saving time is in effect, one hour should be subtracted from
17405 the normal difference.
17407 If you give a prefix of plain @kbd{C-u}, @code{calc-time-zone} (like other
17408 date arithmetic commands that include a time zone argument) takes the
17409 zone argument from the top of the stack.  (In the case of @kbd{t J}
17410 and @kbd{t U}, the normal argument is then taken from the second-to-top
17411 stack position.)  This allows you to give a non-integer time zone
17412 adjustment.  The time-zone argument can also be an HMS form, or
17413 it can be a variable which is a time zone name in upper- or lower-case.
17414 For example @samp{tzone(PST) = tzone(8)} and @samp{tzone(pdt) = tzone(7)}
17415 (for Pacific standard and daylight saving times, respectively).
17417 North American and European time zone names are defined as follows;
17418 note that for each time zone there is one name for standard time,
17419 another for daylight saving time, and a third for ``generalized'' time
17420 in which the daylight saving adjustment is computed from context.
17422 @smallexample
17423 @group
17424 YST  PST  MST  CST  EST  AST    NST    GMT   WET     MET    MEZ
17425  9    8    7    6    5    4     3.5     0     -1      -2     -2
17427 YDT  PDT  MDT  CDT  EDT  ADT    NDT    BST  WETDST  METDST  MESZ
17428  8    7    6    5    4    3     2.5     -1    -2      -3     -3
17430 YGT  PGT  MGT  CGT  EGT  AGT    NGT    BGT   WEGT    MEGT   MEGZ
17431 9/8  8/7  7/6  6/5  5/4  4/3  3.5/2.5  0/-1 -1/-2   -2/-3  -2/-3
17432 @end group
17433 @end smallexample
17435 @vindex math-tzone-names
17436 To define time zone names that do not appear in the above table,
17437 you must modify the Lisp variable @code{math-tzone-names}.  This
17438 is a list of lists describing the different time zone names; its
17439 structure is best explained by an example.  The three entries for
17440 Pacific Time look like this:
17442 @smallexample
17443 @group
17444 ( ( "PST" 8 0 )    ; Name as an upper-case string, then standard
17445   ( "PDT" 8 -1 )   ; adjustment, then daylight saving adjustment.
17446   ( "PGT" 8 "PST" "PDT" ) )   ; Generalized time zone.
17447 @end group
17448 @end smallexample
17450 @cindex @code{TimeZone} variable
17451 @vindex TimeZone
17452 With no arguments, @code{calc-time-zone} or @samp{tzone()} obtains an
17453 argument from the Calc variable @code{TimeZone} if a value has been
17454 stored for that variable.  If not, Calc runs the Unix @samp{date}
17455 command and looks for one of the above time zone names in the output;
17456 if this does not succeed, @samp{tzone()} leaves itself unevaluated.
17457 The time zone name in the @samp{date} output may be followed by a signed
17458 adjustment, e.g., @samp{GMT+5} or @samp{GMT+0500} which specifies a
17459 number of hours and minutes to be added to the base time zone.
17460 Calc stores the time zone it finds into @code{TimeZone} to speed
17461 later calls to @samp{tzone()}.
17463 The special time zone name @code{local} is equivalent to no argument,
17464 i.e., it uses the local time zone as obtained from the @code{date}
17465 command.
17467 If the time zone name found is one of the standard or daylight
17468 saving zone names from the above table, and Calc's internal
17469 daylight saving algorithm says that time and zone are consistent
17470 (e.g., @code{PDT} accompanies a date that Calc's algorithm would also
17471 consider to be daylight saving, or @code{PST} accompanies a date
17472 that Calc would consider to be standard time), then Calc substitutes
17473 the corresponding generalized time zone (like @code{PGT}).
17475 If your system does not have a suitable @samp{date} command, you
17476 may wish to put a @samp{(setq var-TimeZone ...)} in your Emacs
17477 initialization file to set the time zone.  (Since you are interacting
17478 with the variable @code{TimeZone} directly from Emacs Lisp, the
17479 @code{var-} prefix needs to be present.)  The easiest way to do
17480 this is to edit the @code{TimeZone} variable using Calc's @kbd{s T}
17481 command, then use the @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable})
17482 command to save the value of @code{TimeZone} permanently.
17484 The @kbd{t J} and @code{t U} commands with no numeric prefix
17485 arguments do the same thing as @samp{tzone()}.  If the current
17486 time zone is a generalized time zone, e.g., @code{EGT}, Calc
17487 examines the date being converted to tell whether to use standard
17488 or daylight saving time.  But if the current time zone is explicit,
17489 e.g., @code{EST} or @code{EDT}, then that adjustment is used exactly
17490 and Calc's daylight saving algorithm is not consulted.
17492 Some places don't follow the usual rules for daylight saving time.
17493 The state of Arizona, for example, does not observe daylight saving
17494 time.  If you run Calc during the winter season in Arizona, the
17495 Unix @code{date} command will report @code{MST} time zone, which
17496 Calc will change to @code{MGT}.  If you then convert a time that
17497 lies in the summer months, Calc will apply an incorrect daylight
17498 saving time adjustment.  To avoid this, set your @code{TimeZone}
17499 variable explicitly to @code{MST} to force the use of standard,
17500 non-daylight-saving time.
17502 @vindex math-daylight-savings-hook
17503 @findex math-std-daylight-savings
17504 By default Calc always considers daylight saving time to begin at
17505 2 a.m.@: on the second Sunday of March (for years from 2007 on) or on
17506 the last Sunday in April (for years before 2007), and to end at 2 a.m.@:
17507 on the first Sunday of November. (for years from 2007 on) or the last
17508 Sunday in October (for years before 2007).  These are the rules that have
17509 been in effect in much of North America since 1966 and takes into
17510 account the rule change that began in 2007.  If you are in a
17511 country that uses different rules for computing daylight saving time,
17512 you have two choices:  Write your own daylight saving hook, or control
17513 time zones explicitly by setting the @code{TimeZone} variable and/or
17514 always giving a time-zone argument for the conversion functions.
17516 The Lisp variable @code{math-daylight-savings-hook} holds the
17517 name of a function that is used to compute the daylight saving
17518 adjustment for a given date.  The default is
17519 @code{math-std-daylight-savings}, which computes an adjustment
17520 (either 0 or @mathit{-1}) using the North American rules given above.
17522 The daylight saving hook function is called with four arguments:
17523 The date, as a floating-point number in standard Calc format;
17524 a six-element list of the date decomposed into year, month, day,
17525 hour, minute, and second, respectively; a string which contains
17526 the generalized time zone name in upper-case, e.g., @code{"WEGT"};
17527 and a special adjustment to be applied to the hour value when
17528 converting into a generalized time zone (see below).
17530 @findex math-prev-weekday-in-month
17531 The Lisp function @code{math-prev-weekday-in-month} is useful for
17532 daylight saving computations.  This is an internal version of
17533 the user-level @code{pwday} function described in the previous
17534 section. It takes four arguments:  The floating-point date value,
17535 the corresponding six-element date list, the day-of-month number,
17536 and the weekday number (0-6).
17538 The default daylight saving hook ignores the time zone name, but a
17539 more sophisticated hook could use different algorithms for different
17540 time zones.  It would also be possible to use different algorithms
17541 depending on the year number, but the default hook always uses the
17542 algorithm for 1987 and later.  Here is a listing of the default
17543 daylight saving hook:
17545 @smallexample
17546 (defun math-std-daylight-savings (date dt zone bump)
17547   (cond ((< (nth 1 dt) 4) 0)
17548         ((= (nth 1 dt) 4)
17549          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 7 0)))
17550            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) 0)
17551                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17552                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 3 bump)) -1 0))
17553                  (t -1))))
17554         ((< (nth 1 dt) 10) -1)
17555         ((= (nth 1 dt) 10)
17556          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 31 0)))
17557            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) -1)
17558                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17559                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 2 bump)) 0 -1))
17560                  (t 0))))
17561         (t 0))
17563 @end smallexample
17565 @noindent
17566 The @code{bump} parameter is equal to zero when Calc is converting
17567 from a date form in a generalized time zone into a GMT date value.
17568 It is @mathit{-1} when Calc is converting in the other direction.  The
17569 adjustments shown above ensure that the conversion behaves correctly
17570 and reasonably around the 2 a.m.@: transition in each direction.
17572 There is a ``missing'' hour between 2 a.m.@: and 3 a.m.@: at the
17573 beginning of daylight saving time; converting a date/time form that
17574 falls in this hour results in a time value for the following hour,
17575 from 3 a.m.@: to 4 a.m.  At the end of daylight saving time, the
17576 hour from 1 a.m.@: to 2 a.m.@: repeats itself; converting a date/time
17577 form that falls in this hour results in a time value for the first
17578 manifestation of that time (@emph{not} the one that occurs one hour later).
17580 If @code{math-daylight-savings-hook} is @code{nil}, then the
17581 daylight saving adjustment is always taken to be zero.
17583 In algebraic formulas, @samp{tzone(@var{zone}, @var{date})}
17584 computes the time zone adjustment for a given zone name at a
17585 given date.  The @var{date} is ignored unless @var{zone} is a
17586 generalized time zone.  If @var{date} is a date form, the
17587 daylight saving computation is applied to it as it appears.
17588 If @var{date} is a numeric date value, it is adjusted for the
17589 daylight-saving version of @var{zone} before being given to
17590 the daylight saving hook.  This odd-sounding rule ensures
17591 that the daylight-saving computation is always done in
17592 local time, not in the GMT time that a numeric @var{date}
17593 is typically represented in.
17595 @ignore
17596 @starindex
17597 @end ignore
17598 @tindex dsadj
17599 The @samp{dsadj(@var{date}, @var{zone})} function computes the
17600 daylight saving adjustment that is appropriate for @var{date} in
17601 time zone @var{zone}.  If @var{zone} is explicitly in or not in
17602 daylight saving time (e.g., @code{PDT} or @code{PST}) the
17603 @var{date} is ignored.  If @var{zone} is a generalized time zone,
17604 the algorithms described above are used.  If @var{zone} is omitted,
17605 the computation is done for the current time zone.
17607 @xref{Reporting Bugs}, for the address of Calc's author, if you
17608 should wish to contribute your improved versions of
17609 @code{math-tzone-names} and @code{math-daylight-savings-hook}
17610 to the Calc distribution.
17612 @node Financial Functions, Binary Functions, Date Arithmetic, Arithmetic
17613 @section Financial Functions
17615 @noindent
17616 Calc's financial or business functions use the @kbd{b} prefix
17617 key followed by a shifted letter.  (The @kbd{b} prefix followed by
17618 a lower-case letter is used for operations on binary numbers.)
17620 Note that the rate and the number of intervals given to these
17621 functions must be on the same time scale, e.g., both months or
17622 both years.  Mixing an annual interest rate with a time expressed
17623 in months will give you very wrong answers!
17625 It is wise to compute these functions to a higher precision than
17626 you really need, just to make sure your answer is correct to the
17627 last penny; also, you may wish to check the definitions at the end
17628 of this section to make sure the functions have the meaning you expect.
17630 @menu
17631 * Percentages::
17632 * Future Value::
17633 * Present Value::
17634 * Related Financial Functions::
17635 * Depreciation Functions::
17636 * Definitions of Financial Functions::
17637 @end menu
17639 @node Percentages, Future Value, Financial Functions, Financial Functions
17640 @subsection Percentages
17642 @kindex M-%
17643 @pindex calc-percent
17644 @tindex %
17645 @tindex percent
17646 The @kbd{M-%} (@code{calc-percent}) command takes a percentage value,
17647 say 5.4, and converts it to an equivalent actual number.  For example,
17648 @kbd{5.4 M-%} enters 0.054 on the stack.  (That's the @key{META} or
17649 @key{ESC} key combined with @kbd{%}.)
17651 Actually, @kbd{M-%} creates a formula of the form @samp{5.4%}.
17652 You can enter @samp{5.4%} yourself during algebraic entry.  The
17653 @samp{%} operator simply means, ``the preceding value divided by
17654 100.''  The @samp{%} operator has very high precedence, so that
17655 @samp{1+8%} is interpreted as @samp{1+(8%)}, not as @samp{(1+8)%}.
17656 (The @samp{%} operator is just a postfix notation for the
17657 @code{percent} function, just like @samp{20!} is the notation for
17658 @samp{fact(20)}, or twenty-factorial.)
17660 The formula @samp{5.4%} would normally evaluate immediately to
17661 0.054, but the @kbd{M-%} command suppresses evaluation as it puts
17662 the formula onto the stack.  However, the next Calc command that
17663 uses the formula @samp{5.4%} will evaluate it as its first step.
17664 The net effect is that you get to look at @samp{5.4%} on the stack,
17665 but Calc commands see it as @samp{0.054}, which is what they expect.
17667 In particular, @samp{5.4%} and @samp{0.054} are suitable values
17668 for the @var{rate} arguments of the various financial functions,
17669 but the number @samp{5.4} is probably @emph{not} suitable---it
17670 represents a rate of 540 percent!
17672 The key sequence @kbd{M-% *} effectively means ``percent-of.''
17673 For example, @kbd{68 @key{RET} 25 M-% *} computes 17, which is 25% of
17674 68 (and also 68% of 25, which comes out to the same thing).
17676 @kindex c %
17677 @pindex calc-convert-percent
17678 The @kbd{c %} (@code{calc-convert-percent}) command converts the
17679 value on the top of the stack from numeric to percentage form.
17680 For example, if 0.08 is on the stack, @kbd{c %} converts it to
17681 @samp{8%}.  The quantity is the same, it's just represented
17682 differently.  (Contrast this with @kbd{M-%}, which would convert
17683 this number to @samp{0.08%}.)  The @kbd{=} key is a convenient way
17684 to convert a formula like @samp{8%} back to numeric form, 0.08.
17686 To compute what percentage one quantity is of another quantity,
17687 use @kbd{/ c %}.  For example, @w{@kbd{17 @key{RET} 68 / c %}} displays
17688 @samp{25%}.
17690 @kindex b %
17691 @pindex calc-percent-change
17692 @tindex relch
17693 The @kbd{b %} (@code{calc-percent-change}) [@code{relch}] command
17694 calculates the percentage change from one number to another.
17695 For example, @kbd{40 @key{RET} 50 b %} produces the answer @samp{25%},
17696 since 50 is 25% larger than 40.  A negative result represents a
17697 decrease:  @kbd{50 @key{RET} 40 b %} produces @samp{-20%}, since 40 is
17698 20% smaller than 50.  (The answers are different in magnitude
17699 because, in the first case, we're increasing by 25% of 40, but
17700 in the second case, we're decreasing by 20% of 50.)  The effect
17701 of @kbd{40 @key{RET} 50 b %} is to compute @expr{(50-40)/40}, converting
17702 the answer to percentage form as if by @kbd{c %}.
17704 @node Future Value, Present Value, Percentages, Financial Functions
17705 @subsection Future Value
17707 @noindent
17708 @kindex b F
17709 @pindex calc-fin-fv
17710 @tindex fv
17711 The @kbd{b F} (@code{calc-fin-fv}) [@code{fv}] command computes
17712 the future value of an investment.  It takes three arguments
17713 from the stack:  @samp{fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17714 If you give payments of @var{payment} every year for @var{n}
17715 years, and the money you have paid earns interest at @var{rate} per
17716 year, then this function tells you what your investment would be
17717 worth at the end of the period.  (The actual interval doesn't
17718 have to be years, as long as @var{n} and @var{rate} are expressed
17719 in terms of the same intervals.)  This function assumes payments
17720 occur at the @emph{end} of each interval.
17722 @kindex I b F
17723 @tindex fvb
17724 The @kbd{I b F} [@code{fvb}] command does the same computation,
17725 but assuming your payments are at the beginning of each interval.
17726 Suppose you plan to deposit $1000 per year in a savings account
17727 earning 5.4% interest, starting right now.  How much will be
17728 in the account after five years?  @code{fvb(5.4%, 5, 1000) = 5870.73}.
17729 Thus you will have earned $870 worth of interest over the years.
17730 Using the stack, this calculation would have been
17731 @kbd{5.4 M-% 5 @key{RET} 1000 I b F}.  Note that the rate is expressed
17732 as a number between 0 and 1, @emph{not} as a percentage.
17734 @kindex H b F
17735 @tindex fvl
17736 The @kbd{H b F} [@code{fvl}] command computes the future value
17737 of an initial lump sum investment.  Suppose you could deposit
17738 those five thousand dollars in the bank right now; how much would
17739 they be worth in five years?  @code{fvl(5.4%, 5, 5000) = 6503.89}.
17741 The algebraic functions @code{fv} and @code{fvb} accept an optional
17742 fourth argument, which is used as an initial lump sum in the sense
17743 of @code{fvl}.  In other words, @code{fv(@var{rate}, @var{n},
17744 @var{payment}, @var{initial}) = fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})
17745 + fvl(@var{rate}, @var{n}, @var{initial})}.
17747 To illustrate the relationships between these functions, we could
17748 do the @code{fvb} calculation ``by hand'' using @code{fvl}.  The
17749 final balance will be the sum of the contributions of our five
17750 deposits at various times.  The first deposit earns interest for
17751 five years:  @code{fvl(5.4%, 5, 1000) = 1300.78}.  The second
17752 deposit only earns interest for four years:  @code{fvl(5.4%, 4, 1000) =
17753 1234.13}.  And so on down to the last deposit, which earns one
17754 year's interest:  @code{fvl(5.4%, 1, 1000) = 1054.00}.  The sum of
17755 these five values is, sure enough, $5870.73, just as was computed
17756 by @code{fvb} directly.
17758 What does @code{fv(5.4%, 5, 1000) = 5569.96} mean?  The payments
17759 are now at the ends of the periods.  The end of one year is the same
17760 as the beginning of the next, so what this really means is that we've
17761 lost the payment at year zero (which contributed $1300.78), but we're
17762 now counting the payment at year five (which, since it didn't have
17763 a chance to earn interest, counts as $1000).  Indeed, @expr{5569.96 =
17764 5870.73 - 1300.78 + 1000} (give or take a bit of roundoff error).
17766 @node Present Value, Related Financial Functions, Future Value, Financial Functions
17767 @subsection Present Value
17769 @noindent
17770 @kindex b P
17771 @pindex calc-fin-pv
17772 @tindex pv
17773 The @kbd{b P} (@code{calc-fin-pv}) [@code{pv}] command computes
17774 the present value of an investment.  Like @code{fv}, it takes
17775 three arguments:  @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17776 It computes the present value of a series of regular payments.
17777 Suppose you have the chance to make an investment that will
17778 pay $2000 per year over the next four years; as you receive
17779 these payments you can put them in the bank at 9% interest.
17780 You want to know whether it is better to make the investment, or
17781 to keep the money in the bank where it earns 9% interest right
17782 from the start.  The calculation @code{pv(9%, 4, 2000)} gives the
17783 result 6479.44.  If your initial investment must be less than this,
17784 say, $6000, then the investment is worthwhile.  But if you had to
17785 put up $7000, then it would be better just to leave it in the bank.
17787 Here is the interpretation of the result of @code{pv}:  You are
17788 trying to compare the return from the investment you are
17789 considering, which is @code{fv(9%, 4, 2000) = 9146.26}, with
17790 the return from leaving the money in the bank, which is
17791 @code{fvl(9%, 4, @var{x})} where @var{x} is the amount of money
17792 you would have to put up in advance.  The @code{pv} function
17793 finds the break-even point, @expr{x = 6479.44}, at which
17794 @code{fvl(9%, 4, 6479.44)} is also equal to 9146.26.  This is
17795 the largest amount you should be willing to invest.
17797 @kindex I b P
17798 @tindex pvb
17799 The @kbd{I b P} [@code{pvb}] command solves the same problem,
17800 but with payments occurring at the beginning of each interval.
17801 It has the same relationship to @code{fvb} as @code{pv} has
17802 to @code{fv}.  For example @code{pvb(9%, 4, 2000) = 7062.59},
17803 a larger number than @code{pv} produced because we get to start
17804 earning interest on the return from our investment sooner.
17806 @kindex H b P
17807 @tindex pvl
17808 The @kbd{H b P} [@code{pvl}] command computes the present value of
17809 an investment that will pay off in one lump sum at the end of the
17810 period.  For example, if we get our $8000 all at the end of the
17811 four years, @code{pvl(9%, 4, 8000) = 5667.40}.  This is much
17812 less than @code{pv} reported, because we don't earn any interest
17813 on the return from this investment.  Note that @code{pvl} and
17814 @code{fvl} are simple inverses:  @code{fvl(9%, 4, 5667.40) = 8000}.
17816 You can give an optional fourth lump-sum argument to @code{pv}
17817 and @code{pvb}; this is handled in exactly the same way as the
17818 fourth argument for @code{fv} and @code{fvb}.
17820 @kindex b N
17821 @pindex calc-fin-npv
17822 @tindex npv
17823 The @kbd{b N} (@code{calc-fin-npv}) [@code{npv}] command computes
17824 the net present value of a series of irregular investments.
17825 The first argument is the interest rate.  The second argument is
17826 a vector which represents the expected return from the investment
17827 at the end of each interval.  For example, if the rate represents
17828 a yearly interest rate, then the vector elements are the return
17829 from the first year, second year, and so on.
17831 Thus, @code{npv(9%, [2000,2000,2000,2000]) = pv(9%, 4, 2000) = 6479.44}.
17832 Obviously this function is more interesting when the payments are
17833 not all the same!
17835 The @code{npv} function can actually have two or more arguments.
17836 Multiple arguments are interpreted in the same way as for the
17837 vector statistical functions like @code{vsum}.
17838 @xref{Single-Variable Statistics}.  Basically, if there are several
17839 payment arguments, each either a vector or a plain number, all these
17840 values are collected left-to-right into the complete list of payments.
17841 A numeric prefix argument on the @kbd{b N} command says how many
17842 payment values or vectors to take from the stack.
17844 @kindex I b N
17845 @tindex npvb
17846 The @kbd{I b N} [@code{npvb}] command computes the net present
17847 value where payments occur at the beginning of each interval
17848 rather than at the end.
17850 @node Related Financial Functions, Depreciation Functions, Present Value, Financial Functions
17851 @subsection Related Financial Functions
17853 @noindent
17854 The functions in this section are basically inverses of the
17855 present value functions with respect to the various arguments.
17857 @kindex b M
17858 @pindex calc-fin-pmt
17859 @tindex pmt
17860 The @kbd{b M} (@code{calc-fin-pmt}) [@code{pmt}] command computes
17861 the amount of periodic payment necessary to amortize a loan.
17862 Thus @code{pmt(@var{rate}, @var{n}, @var{amount})} equals the
17863 value of @var{payment} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17864 @var{payment}) = @var{amount}}.
17866 @kindex I b M
17867 @tindex pmtb
17868 The @kbd{I b M} [@code{pmtb}] command does the same computation
17869 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  Like @code{pv} and
17870 @code{pvb}, these functions can also take a fourth argument which
17871 represents an initial lump-sum investment.
17873 @kindex H b M
17874 The @kbd{H b M} key just invokes the @code{fvl} function, which is
17875 the inverse of @code{pvl}.  There is no explicit @code{pmtl} function.
17877 @kindex b #
17878 @pindex calc-fin-nper
17879 @tindex nper
17880 The @kbd{b #} (@code{calc-fin-nper}) [@code{nper}] command computes
17881 the number of regular payments necessary to amortize a loan.
17882 Thus @code{nper(@var{rate}, @var{payment}, @var{amount})} equals
17883 the value of @var{n} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17884 @var{payment}) = @var{amount}}.  If @var{payment} is too small
17885 ever to amortize a loan for @var{amount} at interest rate @var{rate},
17886 the @code{nper} function is left in symbolic form.
17888 @kindex I b #
17889 @tindex nperb
17890 The @kbd{I b #} [@code{nperb}] command does the same computation
17891 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  You can give a fourth
17892 lump-sum argument to these functions, but the computation will be
17893 rather slow in the four-argument case.
17895 @kindex H b #
17896 @tindex nperl
17897 The @kbd{H b #} [@code{nperl}] command does the same computation
17898 using @code{pvl}.  By exchanging @var{payment} and @var{amount} you
17899 can also get the solution for @code{fvl}.  For example,
17900 @code{nperl(8%, 2000, 1000) = 9.006}, so if you place $1000 in a
17901 bank account earning 8%, it will take nine years to grow to $2000.
17903 @kindex b T
17904 @pindex calc-fin-rate
17905 @tindex rate
17906 The @kbd{b T} (@code{calc-fin-rate}) [@code{rate}] command computes
17907 the rate of return on an investment.  This is also an inverse of @code{pv}:
17908 @code{rate(@var{n}, @var{payment}, @var{amount})} computes the value of
17909 @var{rate} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment}) =
17910 @var{amount}}.  The result is expressed as a formula like @samp{6.3%}.
17912 @kindex I b T
17913 @kindex H b T
17914 @tindex rateb
17915 @tindex ratel
17916 The @kbd{I b T} [@code{rateb}] and @kbd{H b T} [@code{ratel}]
17917 commands solve the analogous equations with @code{pvb} or @code{pvl}
17918 in place of @code{pv}.  Also, @code{rate} and @code{rateb} can
17919 accept an optional fourth argument just like @code{pv} and @code{pvb}.
17920 To redo the above example from a different perspective,
17921 @code{ratel(9, 2000, 1000) = 8.00597%}, which says you will need an
17922 interest rate of 8% in order to double your account in nine years.
17924 @kindex b I
17925 @pindex calc-fin-irr
17926 @tindex irr
17927 The @kbd{b I} (@code{calc-fin-irr}) [@code{irr}] command is the
17928 analogous function to @code{rate} but for net present value.
17929 Its argument is a vector of payments.  Thus @code{irr(@var{payments})}
17930 computes the @var{rate} such that @code{npv(@var{rate}, @var{payments}) = 0};
17931 this rate is known as the @dfn{internal rate of return}.
17933 @kindex I b I
17934 @tindex irrb
17935 The @kbd{I b I} [@code{irrb}] command computes the internal rate of
17936 return assuming payments occur at the beginning of each period.
17938 @node Depreciation Functions, Definitions of Financial Functions, Related Financial Functions, Financial Functions
17939 @subsection Depreciation Functions
17941 @noindent
17942 The functions in this section calculate @dfn{depreciation}, which is
17943 the amount of value that a possession loses over time.  These functions
17944 are characterized by three parameters:  @var{cost}, the original cost
17945 of the asset; @var{salvage}, the value the asset will have at the end
17946 of its expected ``useful life''; and @var{life}, the number of years
17947 (or other periods) of the expected useful life.
17949 There are several methods for calculating depreciation that differ in
17950 the way they spread the depreciation over the lifetime of the asset.
17952 @kindex b S
17953 @pindex calc-fin-sln
17954 @tindex sln
17955 The @kbd{b S} (@code{calc-fin-sln}) [@code{sln}] command computes the
17956 ``straight-line'' depreciation.  In this method, the asset depreciates
17957 by the same amount every year (or period).  For example,
17958 @samp{sln(12000, 2000, 5)} returns 2000.  The asset costs $12000
17959 initially and will be worth $2000 after five years; it loses $2000
17960 per year.
17962 @kindex b Y
17963 @pindex calc-fin-syd
17964 @tindex syd
17965 The @kbd{b Y} (@code{calc-fin-syd}) [@code{syd}] command computes the
17966 accelerated ``sum-of-years'-digits'' depreciation.  Here the depreciation
17967 is higher during the early years of the asset's life.  Since the
17968 depreciation is different each year, @kbd{b Y} takes a fourth @var{period}
17969 parameter which specifies which year is requested, from 1 to @var{life}.
17970 If @var{period} is outside this range, the @code{syd} function will
17971 return zero.
17973 @kindex b D
17974 @pindex calc-fin-ddb
17975 @tindex ddb
17976 The @kbd{b D} (@code{calc-fin-ddb}) [@code{ddb}] command computes an
17977 accelerated depreciation using the double-declining balance method.
17978 It also takes a fourth @var{period} parameter.
17980 For symmetry, the @code{sln} function will accept a @var{period}
17981 parameter as well, although it will ignore its value except that the
17982 return value will as usual be zero if @var{period} is out of range.
17984 For example, pushing the vector @expr{[1,2,3,4,5]} (perhaps with @kbd{v x 5})
17985 and then mapping @kbd{V M ' [sln(12000,2000,5,$), syd(12000,2000,5,$),
17986 ddb(12000,2000,5,$)] @key{RET}} produces a matrix that allows us to compare
17987 the three depreciation methods:
17989 @example
17990 @group
17991 [ [ 2000, 3333, 4800 ]
17992   [ 2000, 2667, 2880 ]
17993   [ 2000, 2000, 1728 ]
17994   [ 2000, 1333,  592 ]
17995   [ 2000,  667,   0  ] ]
17996 @end group
17997 @end example
17999 @noindent
18000 (Values have been rounded to nearest integers in this figure.)
18001 We see that @code{sln} depreciates by the same amount each year,
18002 @kbd{syd} depreciates more at the beginning and less at the end,
18003 and @kbd{ddb} weights the depreciation even more toward the beginning.
18005 Summing columns with @kbd{V R : +} yields @expr{[10000, 10000, 10000]};
18006 the total depreciation in any method is (by definition) the
18007 difference between the cost and the salvage value.
18009 @node Definitions of Financial Functions, , Depreciation Functions, Financial Functions
18010 @subsection Definitions
18012 @noindent
18013 For your reference, here are the actual formulas used to compute
18014 Calc's financial functions.
18016 Calc will not evaluate a financial function unless the @var{rate} or
18017 @var{n} argument is known.  However, @var{payment} or @var{amount} can
18018 be a variable.  Calc expands these functions according to the
18019 formulas below for symbolic arguments only when you use the @kbd{a "}
18020 (@code{calc-expand-formula}) command, or when taking derivatives or
18021 integrals or solving equations involving the functions.
18023 @ifinfo
18024 These formulas are shown using the conventions of Big display
18025 mode (@kbd{d B}); for example, the formula for @code{fv} written
18026 linearly is @samp{pmt * ((1 + rate)^n) - 1) / rate}.
18028 @example
18029                                         n
18030                               (1 + rate)  - 1
18031 fv(rate, n, pmt) =      pmt * ---------------
18032                                    rate
18034                                          n
18035                               ((1 + rate)  - 1) (1 + rate)
18036 fvb(rate, n, pmt) =     pmt * ----------------------------
18037                                          rate
18039                                         n
18040 fvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
18042                                             -n
18043                               1 - (1 + rate)
18044 pv(rate, n, pmt) =      pmt * ----------------
18045                                     rate
18047                                              -n
18048                               (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
18049 pvb(rate, n, pmt) =     pmt * -----------------------------
18050                                          rate
18052                                         -n
18053 pvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
18055                                     -1               -2               -3
18056 npv(rate, [a, b, c]) =  a*(1 + rate)   + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
18058                                         -1               -2
18059 npvb(rate, [a, b, c]) = a + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
18061                                              -n
18062                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
18063 pmt(rate, n, amt, x) =  -------------------------------
18064                                              -n
18065                                1 - (1 + rate)
18067                                              -n
18068                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
18069 pmtb(rate, n, amt, x) = -------------------------------
18070                                         -n
18071                          (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
18073                                    amt * rate
18074 nper(rate, pmt, amt) =  - log(1 - ------------, 1 + rate)
18075                                       pmt
18077                                     amt * rate
18078 nperb(rate, pmt, amt) = - log(1 - ---------------, 1 + rate)
18079                                   pmt * (1 + rate)
18081                               amt
18082 nperl(rate, pmt, amt) = - log(---, 1 + rate)
18083                               pmt
18085                            1/n
18086                         pmt
18087 ratel(n, pmt, amt) =    ------ - 1
18088                            1/n
18089                         amt
18091                         cost - salv
18092 sln(cost, salv, life) = -----------
18093                            life
18095                              (cost - salv) * (life - per + 1)
18096 syd(cost, salv, life, per) = --------------------------------
18097                                   life * (life + 1) / 2
18099                              book * 2
18100 ddb(cost, salv, life, per) = --------,  book = cost - depreciation so far
18101                                life
18102 @end example
18103 @end ifinfo
18104 @tex
18105 \turnoffactive
18106 $$ \code{fv}(r, n, p) = p { (1 + r)^n - 1 \over r } $$
18107 $$ \code{fvb}(r, n, p) = p { ((1 + r)^n - 1) (1 + r) \over r } $$
18108 $$ \code{fvl}(r, n, p) = p (1 + r)^n $$
18109 $$ \code{pv}(r, n, p) = p { 1 - (1 + r)^{-n} \over r } $$
18110 $$ \code{pvb}(r, n, p) = p { (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) \over r } $$
18111 $$ \code{pvl}(r, n, p) = p (1 + r)^{-n} $$
18112 $$ \code{npv}(r, [a,b,c]) = a (1 + r)^{-1} + b (1 + r)^{-2} + c (1 + r)^{-3} $$
18113 $$ \code{npvb}(r, [a,b,c]) = a + b (1 + r)^{-1} + c (1 + r)^{-2} $$
18114 $$ \code{pmt}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over 1 - (1 + r)^{-n} }$$
18115 $$ \code{pmtb}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over
18116                                (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) } $$
18117 $$ \code{nper}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p }, 1 + r) $$
18118 $$ \code{nperb}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p (1 + r) }, 1 + r) $$
18119 $$ \code{nperl}(r, p, a) = -\code{log}({a \over p}, 1 + r) $$
18120 $$ \code{ratel}(n, p, a) = { p^{1/n} \over a^{1/n} } - 1 $$
18121 $$ \code{sln}(c, s, l) = { c - s \over l } $$
18122 $$ \code{syd}(c, s, l, p) = { (c - s) (l - p + 1) \over l (l+1) / 2 } $$
18123 $$ \code{ddb}(c, s, l, p) = { 2 (c - \hbox{depreciation so far}) \over l } $$
18124 @end tex
18126 @noindent
18127 In @code{pmt} and @code{pmtb}, @expr{x=0} if omitted.
18129 These functions accept any numeric objects, including error forms,
18130 intervals, and even (though not very usefully) complex numbers.  The
18131 above formulas specify exactly the behavior of these functions with
18132 all sorts of inputs.
18134 Note that if the first argument to the @code{log} in @code{nper} is
18135 negative, @code{nper} leaves itself in symbolic form rather than
18136 returning a (financially meaningless) complex number.
18138 @samp{rate(num, pmt, amt)} solves the equation
18139 @samp{pv(rate, num, pmt) = amt} for @samp{rate} using @kbd{H a R}
18140 (@code{calc-find-root}), with the interval @samp{[.01% .. 100%]}
18141 for an initial guess.  The @code{rateb} function is the same except
18142 that it uses @code{pvb}.  Note that @code{ratel} can be solved
18143 directly; its formula is shown in the above list.
18145 Similarly, @samp{irr(pmts)} solves the equation @samp{npv(rate, pmts) = 0}
18146 for @samp{rate}.
18148 If you give a fourth argument to @code{nper} or @code{nperb}, Calc
18149 will also use @kbd{H a R} to solve the equation using an initial
18150 guess interval of @samp{[0 .. 100]}.
18152 A fourth argument to @code{fv} simply sums the two components
18153 calculated from the above formulas for @code{fv} and @code{fvl}.
18154 The same is true of @code{fvb}, @code{pv}, and @code{pvb}.
18156 The @kbd{ddb} function is computed iteratively; the ``book'' value
18157 starts out equal to @var{cost}, and decreases according to the above
18158 formula for the specified number of periods.  If the book value
18159 would decrease below @var{salvage}, it only decreases to @var{salvage}
18160 and the depreciation is zero for all subsequent periods.  The @code{ddb}
18161 function returns the amount the book value decreased in the specified
18162 period.
18164 @node Binary Functions, , Financial Functions, Arithmetic
18165 @section Binary Number Functions
18167 @noindent
18168 The commands in this chapter all use two-letter sequences beginning with
18169 the @kbd{b} prefix.
18171 @cindex Binary numbers
18172 The ``binary'' operations actually work regardless of the currently
18173 displayed radix, although their results make the most sense in a radix
18174 like 2, 8, or 16 (as obtained by the @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, or @w{@kbd{d 6}}
18175 commands, respectively).  You may also wish to enable display of leading
18176 zeros with @kbd{d z}.  @xref{Radix Modes}.
18178 @cindex Word size for binary operations
18179 The Calculator maintains a current @dfn{word size} @expr{w}, an
18180 arbitrary positive or negative integer.  For a positive word size, all
18181 of the binary operations described here operate modulo @expr{2^w}.  In
18182 particular, negative arguments are converted to positive integers modulo
18183 @expr{2^w} by all binary functions.
18185 If the word size is negative, binary operations produce 2's complement
18186 integers from 
18187 @texline @math{-2^{-w-1}}
18188 @infoline @expr{-(2^(-w-1))} 
18189 to 
18190 @texline @math{2^{-w-1}-1}
18191 @infoline @expr{2^(-w-1)-1} 
18192 inclusive.  Either mode accepts inputs in any range; the sign of
18193 @expr{w} affects only the results produced.
18195 @kindex b c
18196 @pindex calc-clip
18197 @tindex clip
18198 The @kbd{b c} (@code{calc-clip})
18199 [@code{clip}] command can be used to clip a number by reducing it modulo
18200 @expr{2^w}.  The commands described in this chapter automatically clip
18201 their results to the current word size.  Note that other operations like
18202 addition do not use the current word size, since integer addition
18203 generally is not ``binary.''  (However, @pxref{Simplification Modes},
18204 @code{calc-bin-simplify-mode}.)  For example, with a word size of 8
18205 bits @kbd{b c} converts a number to the range 0 to 255; with a word
18206 size of @mathit{-8} @kbd{b c} converts to the range @mathit{-128} to 127.
18208 @kindex b w
18209 @pindex calc-word-size
18210 The default word size is 32 bits.  All operations except the shifts and
18211 rotates allow you to specify a different word size for that one
18212 operation by giving a numeric prefix argument:  @kbd{C-u 8 b c} clips the
18213 top of stack to the range 0 to 255 regardless of the current word size.
18214 To set the word size permanently, use @kbd{b w} (@code{calc-word-size}).
18215 This command displays a prompt with the current word size; press @key{RET}
18216 immediately to keep this word size, or type a new word size at the prompt.
18218 When the binary operations are written in symbolic form, they take an
18219 optional second (or third) word-size parameter.  When a formula like
18220 @samp{and(a,b)} is finally evaluated, the word size current at that time
18221 will be used, but when @samp{and(a,b,-8)} is evaluated, a word size of
18222 @mathit{-8} will always be used.  A symbolic binary function will be left
18223 in symbolic form unless the all of its argument(s) are integers or
18224 integer-valued floats.
18226 If either or both arguments are modulo forms for which @expr{M} is a
18227 power of two, that power of two is taken as the word size unless a
18228 numeric prefix argument overrides it.  The current word size is never
18229 consulted when modulo-power-of-two forms are involved.
18231 @kindex b a
18232 @pindex calc-and
18233 @tindex and
18234 The @kbd{b a} (@code{calc-and}) [@code{and}] command computes the bitwise
18235 AND of the two numbers on the top of the stack.  In other words, for each
18236 of the @expr{w} binary digits of the two numbers (pairwise), the corresponding
18237 bit of the result is 1 if and only if both input bits are 1:
18238 @samp{and(2#1100, 2#1010) = 2#1000}.
18240 @kindex b o
18241 @pindex calc-or
18242 @tindex or
18243 The @kbd{b o} (@code{calc-or}) [@code{or}] command computes the bitwise
18244 inclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if either of the input bits, or
18245 both, are 1:  @samp{or(2#1100, 2#1010) = 2#1110}.
18247 @kindex b x
18248 @pindex calc-xor
18249 @tindex xor
18250 The @kbd{b x} (@code{calc-xor}) [@code{xor}] command computes the bitwise
18251 exclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if exactly one of the input bits
18252 is 1:  @samp{xor(2#1100, 2#1010) = 2#0110}.
18254 @kindex b d
18255 @pindex calc-diff
18256 @tindex diff
18257 The @kbd{b d} (@code{calc-diff}) [@code{diff}] command computes the bitwise
18258 difference of two numbers; this is defined by @samp{diff(a,b) = and(a,not(b))},
18259 so that @samp{diff(2#1100, 2#1010) = 2#0100}.
18261 @kindex b n
18262 @pindex calc-not
18263 @tindex not
18264 The @kbd{b n} (@code{calc-not}) [@code{not}] command computes the bitwise
18265 NOT of a number.  A bit is 1 if the input bit is 0 and vice-versa.
18267 @kindex b l
18268 @pindex calc-lshift-binary
18269 @tindex lsh
18270 The @kbd{b l} (@code{calc-lshift-binary}) [@code{lsh}] command shifts a
18271 number left by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
18272 prefix argument.  A negative prefix argument performs a logical right shift,
18273 in which zeros are shifted in on the left.  In symbolic form, @samp{lsh(a)}
18274 is short for @samp{lsh(a,1)}, which in turn is short for @samp{lsh(a,n,w)}.
18275 Bits shifted ``off the end,'' according to the current word size, are lost.
18277 @kindex H b l
18278 @kindex H b r
18279 @ignore
18280 @mindex @idots
18281 @end ignore
18282 @kindex H b L
18283 @ignore
18284 @mindex @null
18285 @end ignore
18286 @kindex H b R
18287 @ignore
18288 @mindex @null
18289 @end ignore
18290 @kindex H b t
18291 The @kbd{H b l} command also does a left shift, but it takes two arguments
18292 from the stack (the value to shift, and, at top-of-stack, the number of
18293 bits to shift).  This version interprets the prefix argument just like
18294 the regular binary operations, i.e., as a word size.  The Hyperbolic flag
18295 has a similar effect on the rest of the binary shift and rotate commands.
18297 @kindex b r
18298 @pindex calc-rshift-binary
18299 @tindex rsh
18300 The @kbd{b r} (@code{calc-rshift-binary}) [@code{rsh}] command shifts a
18301 number right by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
18302 prefix argument:  @samp{rsh(a,n) = lsh(a,-n)}.
18304 @kindex b L
18305 @pindex calc-lshift-arith
18306 @tindex ash
18307 The @kbd{b L} (@code{calc-lshift-arith}) [@code{ash}] command shifts a
18308 number left.  It is analogous to @code{lsh}, except that if the shift
18309 is rightward (the prefix argument is negative), an arithmetic shift
18310 is performed as described below.
18312 @kindex b R
18313 @pindex calc-rshift-arith
18314 @tindex rash
18315 The @kbd{b R} (@code{calc-rshift-arith}) [@code{rash}] command performs
18316 an ``arithmetic'' shift to the right, in which the leftmost bit (according
18317 to the current word size) is duplicated rather than shifting in zeros.
18318 This corresponds to dividing by a power of two where the input is interpreted
18319 as a signed, twos-complement number.  (The distinction between the @samp{rsh}
18320 and @samp{rash} operations is totally independent from whether the word
18321 size is positive or negative.)  With a negative prefix argument, this
18322 performs a standard left shift.
18324 @kindex b t
18325 @pindex calc-rotate-binary
18326 @tindex rot
18327 The @kbd{b t} (@code{calc-rotate-binary}) [@code{rot}] command rotates a
18328 number one bit to the left.  The leftmost bit (according to the current
18329 word size) is dropped off the left and shifted in on the right.  With a
18330 numeric prefix argument, the number is rotated that many bits to the left
18331 or right.
18333 @xref{Set Operations}, for the @kbd{b p} and @kbd{b u} commands that
18334 pack and unpack binary integers into sets.  (For example, @kbd{b u}
18335 unpacks the number @samp{2#11001} to the set of bit-numbers
18336 @samp{[0, 3, 4]}.)  Type @kbd{b u V #} to count the number of ``1''
18337 bits in a binary integer.
18339 Another interesting use of the set representation of binary integers
18340 is to reverse the bits in, say, a 32-bit integer.  Type @kbd{b u} to
18341 unpack; type @kbd{31 @key{TAB} -} to replace each bit-number in the set
18342 with 31 minus that bit-number; type @kbd{b p} to pack the set back
18343 into a binary integer.
18345 @node Scientific Functions, Matrix Functions, Arithmetic, Top
18346 @chapter Scientific Functions
18348 @noindent
18349 The functions described here perform trigonometric and other transcendental
18350 calculations.  They generally produce floating-point answers correct to the
18351 full current precision.  The @kbd{H} (Hyperbolic) and @kbd{I} (Inverse)
18352 flag keys must be used to get some of these functions from the keyboard.
18354 @kindex P
18355 @pindex calc-pi
18356 @cindex @code{pi} variable
18357 @vindex pi
18358 @kindex H P
18359 @cindex @code{e} variable
18360 @vindex e
18361 @kindex I P
18362 @cindex @code{gamma} variable
18363 @vindex gamma
18364 @cindex Gamma constant, Euler's
18365 @cindex Euler's gamma constant
18366 @kindex H I P
18367 @cindex @code{phi} variable
18368 @cindex Phi, golden ratio
18369 @cindex Golden ratio
18370 One miscellaneous command is shift-@kbd{P} (@code{calc-pi}), which pushes
18371 the value of @cpi{} (at the current precision) onto the stack.  With the
18372 Hyperbolic flag, it pushes the value @expr{e}, the base of natural logarithms.
18373 With the Inverse flag, it pushes Euler's constant 
18374 @texline @math{\gamma}
18375 @infoline @expr{gamma} 
18376 (about 0.5772).  With both Inverse and Hyperbolic, it
18377 pushes the ``golden ratio'' 
18378 @texline @math{\phi}
18379 @infoline @expr{phi} 
18380 (about 1.618).  (At present, Euler's constant is not available
18381 to unlimited precision; Calc knows only the first 100 digits.)
18382 In Symbolic mode, these commands push the
18383 actual variables @samp{pi}, @samp{e}, @samp{gamma}, and @samp{phi},
18384 respectively, instead of their values; @pxref{Symbolic Mode}.
18386 @ignore
18387 @mindex Q
18388 @end ignore
18389 @ignore
18390 @mindex I Q
18391 @end ignore
18392 @kindex I Q
18393 @tindex sqr
18394 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] function is described elsewhere;
18395 @pxref{Basic Arithmetic}.  With the Inverse flag [@code{sqr}], this command
18396 computes the square of the argument.
18398 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
18399 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
18400 interpret a prefix argument.
18402 @menu
18403 * Logarithmic Functions::
18404 * Trigonometric and Hyperbolic Functions::
18405 * Advanced Math Functions::
18406 * Branch Cuts::
18407 * Random Numbers::
18408 * Combinatorial Functions::
18409 * Probability Distribution Functions::
18410 @end menu
18412 @node Logarithmic Functions, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions, Scientific Functions
18413 @section Logarithmic Functions
18415 @noindent
18416 @kindex L
18417 @pindex calc-ln
18418 @tindex ln
18419 @ignore
18420 @mindex @null
18421 @end ignore
18422 @kindex I E
18423 The shift-@kbd{L} (@code{calc-ln}) [@code{ln}] command computes the natural
18424 logarithm of the real or complex number on the top of the stack.  With
18425 the Inverse flag it computes the exponential function instead, although
18426 this is redundant with the @kbd{E} command.
18428 @kindex E
18429 @pindex calc-exp
18430 @tindex exp
18431 @ignore
18432 @mindex @null
18433 @end ignore
18434 @kindex I L
18435 The shift-@kbd{E} (@code{calc-exp}) [@code{exp}] command computes the
18436 exponential, i.e., @expr{e} raised to the power of the number on the stack.
18437 The meanings of the Inverse and Hyperbolic flags follow from those for
18438 the @code{calc-ln} command.
18440 @kindex H L
18441 @kindex H E
18442 @pindex calc-log10
18443 @tindex log10
18444 @tindex exp10
18445 @ignore
18446 @mindex @null
18447 @end ignore
18448 @kindex H I L
18449 @ignore
18450 @mindex @null
18451 @end ignore
18452 @kindex H I E
18453 The @kbd{H L} (@code{calc-log10}) [@code{log10}] command computes the common
18454 (base-10) logarithm of a number.  (With the Inverse flag [@code{exp10}],
18455 it raises ten to a given power.)  Note that the common logarithm of a
18456 complex number is computed by taking the natural logarithm and dividing
18457 by 
18458 @texline @math{\ln10}.
18459 @infoline @expr{ln(10)}.
18461 @kindex B
18462 @kindex I B
18463 @pindex calc-log
18464 @tindex log
18465 @tindex alog
18466 The @kbd{B} (@code{calc-log}) [@code{log}] command computes a logarithm
18467 to any base.  For example, @kbd{1024 @key{RET} 2 B} produces 10, since
18468 @texline @math{2^{10} = 1024}.
18469 @infoline @expr{2^10 = 1024}.  
18470 In certain cases like @samp{log(3,9)}, the result
18471 will be either @expr{1:2} or @expr{0.5} depending on the current Fraction
18472 mode setting.  With the Inverse flag [@code{alog}], this command is
18473 similar to @kbd{^} except that the order of the arguments is reversed.
18475 @kindex f I
18476 @pindex calc-ilog
18477 @tindex ilog
18478 The @kbd{f I} (@code{calc-ilog}) [@code{ilog}] command computes the
18479 integer logarithm of a number to any base.  The number and the base must
18480 themselves be positive integers.  This is the true logarithm, rounded
18481 down to an integer.  Thus @kbd{ilog(x,10)} is 3 for all @expr{x} in the
18482 range from 1000 to 9999.  If both arguments are positive integers, exact
18483 integer arithmetic is used; otherwise, this is equivalent to
18484 @samp{floor(log(x,b))}.
18486 @kindex f E
18487 @pindex calc-expm1
18488 @tindex expm1
18489 The @kbd{f E} (@code{calc-expm1}) [@code{expm1}] command computes
18490 @texline @math{e^x - 1},
18491 @infoline @expr{exp(x)-1}, 
18492 but using an algorithm that produces a more accurate
18493 answer when the result is close to zero, i.e., when 
18494 @texline @math{e^x}
18495 @infoline @expr{exp(x)} 
18496 is close to one.
18498 @kindex f L
18499 @pindex calc-lnp1
18500 @tindex lnp1
18501 The @kbd{f L} (@code{calc-lnp1}) [@code{lnp1}] command computes
18502 @texline @math{\ln(x+1)},
18503 @infoline @expr{ln(x+1)}, 
18504 producing a more accurate answer when @expr{x} is close to zero.
18506 @node Trigonometric and Hyperbolic Functions, Advanced Math Functions, Logarithmic Functions, Scientific Functions
18507 @section Trigonometric/Hyperbolic Functions
18509 @noindent
18510 @kindex S
18511 @pindex calc-sin
18512 @tindex sin
18513 The shift-@kbd{S} (@code{calc-sin}) [@code{sin}] command computes the sine
18514 of an angle or complex number.  If the input is an HMS form, it is interpreted
18515 as degrees-minutes-seconds; otherwise, the input is interpreted according
18516 to the current angular mode.  It is best to use Radians mode when operating
18517 on complex numbers.
18519 Calc's ``units'' mechanism includes angular units like @code{deg},
18520 @code{rad}, and @code{grad}.  While @samp{sin(45 deg)} is not evaluated
18521 all the time, the @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command will
18522 simplify @samp{sin(45 deg)} by taking the sine of 45 degrees, regardless
18523 of the current angular mode.  @xref{Basic Operations on Units}.
18525 Also, the symbolic variable @code{pi} is not ordinarily recognized in
18526 arguments to trigonometric functions, as in @samp{sin(3 pi / 4)}, but
18527 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command recognizes many such
18528 formulas when the current angular mode is Radians @emph{and} Symbolic
18529 mode is enabled; this example would be replaced by @samp{sqrt(2) / 2}.
18530 @xref{Symbolic Mode}.  Beware, this simplification occurs even if you
18531 have stored a different value in the variable @samp{pi}; this is one
18532 reason why changing built-in variables is a bad idea.  Arguments of
18533 the form @expr{x} plus a multiple of @cpiover{2} are also simplified.
18534 Calc includes similar formulas for @code{cos} and @code{tan}.
18536 The @kbd{a s} command knows all angles which are integer multiples of
18537 @cpiover{12}, @cpiover{10}, or @cpiover{8} radians.  In Degrees mode,
18538 analogous simplifications occur for integer multiples of 15 or 18
18539 degrees, and for arguments plus multiples of 90 degrees.
18541 @kindex I S
18542 @pindex calc-arcsin
18543 @tindex arcsin
18544 With the Inverse flag, @code{calc-sin} computes an arcsine.  This is also
18545 available as the @code{calc-arcsin} command or @code{arcsin} algebraic
18546 function.  The returned argument is converted to degrees, radians, or HMS
18547 notation depending on the current angular mode.
18549 @kindex H S
18550 @pindex calc-sinh
18551 @tindex sinh
18552 @kindex H I S
18553 @pindex calc-arcsinh
18554 @tindex arcsinh
18555 With the Hyperbolic flag, @code{calc-sin} computes the hyperbolic
18556 sine, also available as @code{calc-sinh} [@code{sinh}].  With the
18557 Hyperbolic and Inverse flags, it computes the hyperbolic arcsine
18558 (@code{calc-arcsinh}) [@code{arcsinh}].
18560 @kindex C
18561 @pindex calc-cos
18562 @tindex cos
18563 @ignore
18564 @mindex @idots
18565 @end ignore
18566 @kindex I C
18567 @pindex calc-arccos
18568 @ignore
18569 @mindex @null
18570 @end ignore
18571 @tindex arccos
18572 @ignore
18573 @mindex @null
18574 @end ignore
18575 @kindex H C
18576 @pindex calc-cosh
18577 @ignore
18578 @mindex @null
18579 @end ignore
18580 @tindex cosh
18581 @ignore
18582 @mindex @null
18583 @end ignore
18584 @kindex H I C
18585 @pindex calc-arccosh
18586 @ignore
18587 @mindex @null
18588 @end ignore
18589 @tindex arccosh
18590 @ignore
18591 @mindex @null
18592 @end ignore
18593 @kindex T
18594 @pindex calc-tan
18595 @ignore
18596 @mindex @null
18597 @end ignore
18598 @tindex tan
18599 @ignore
18600 @mindex @null
18601 @end ignore
18602 @kindex I T
18603 @pindex calc-arctan
18604 @ignore
18605 @mindex @null
18606 @end ignore
18607 @tindex arctan
18608 @ignore
18609 @mindex @null
18610 @end ignore
18611 @kindex H T
18612 @pindex calc-tanh
18613 @ignore
18614 @mindex @null
18615 @end ignore
18616 @tindex tanh
18617 @ignore
18618 @mindex @null
18619 @end ignore
18620 @kindex H I T
18621 @pindex calc-arctanh
18622 @ignore
18623 @mindex @null
18624 @end ignore
18625 @tindex arctanh
18626 The shift-@kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}] command computes the cosine
18627 of an angle or complex number, and shift-@kbd{T} (@code{calc-tan}) [@code{tan}]
18628 computes the tangent, along with all the various inverse and hyperbolic
18629 variants of these functions.
18631 @kindex f T
18632 @pindex calc-arctan2
18633 @tindex arctan2
18634 The @kbd{f T} (@code{calc-arctan2}) [@code{arctan2}] command takes two
18635 numbers from the stack and computes the arc tangent of their ratio.  The
18636 result is in the full range from @mathit{-180} (exclusive) to @mathit{+180}
18637 (inclusive) degrees, or the analogous range in radians.  A similar
18638 result would be obtained with @kbd{/} followed by @kbd{I T}, but the
18639 value would only be in the range from @mathit{-90} to @mathit{+90} degrees
18640 since the division loses information about the signs of the two
18641 components, and an error might result from an explicit division by zero
18642 which @code{arctan2} would avoid.  By (arbitrary) definition,
18643 @samp{arctan2(0,0)=0}.
18645 @pindex calc-sincos
18646 @ignore
18647 @starindex
18648 @end ignore
18649 @tindex sincos
18650 @ignore
18651 @starindex
18652 @end ignore
18653 @ignore
18654 @mindex arc@idots
18655 @end ignore
18656 @tindex arcsincos
18657 The @code{calc-sincos} [@code{sincos}] command computes the sine and
18658 cosine of a number, returning them as a vector of the form
18659 @samp{[@var{cos}, @var{sin}]}.
18660 With the Inverse flag [@code{arcsincos}], this command takes a two-element
18661 vector as an argument and computes @code{arctan2} of the elements.
18662 (This command does not accept the Hyperbolic flag.)
18664 @pindex calc-sec
18665 @tindex sec
18666 @pindex calc-csc
18667 @tindex csc
18668 @pindex calc-cot
18669 @tindex cot
18670 @pindex calc-sech
18671 @tindex sech
18672 @pindex calc-csch
18673 @tindex csch
18674 @pindex calc-coth
18675 @tindex coth
18676 The remaining trigonometric functions, @code{calc-sec} [@code{sec}],
18677 @code{calc-csc} [@code{csc}] and @code{calc-sec} [@code{sec}], are also
18678 available.  With the Hyperbolic flag, these compute their hyperbolic
18679 counterparts, which are also available separately as @code{calc-sech}
18680 [@code{sech}], @code{calc-csch} [@code{csch}] and @code{calc-sech}
18681 [@code{sech}].  (These commmands do not accept the Inverse flag.)
18683 @node Advanced Math Functions, Branch Cuts, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions
18684 @section Advanced Mathematical Functions
18686 @noindent
18687 Calc can compute a variety of less common functions that arise in
18688 various branches of mathematics.  All of the functions described in
18689 this section allow arbitrary complex arguments and, except as noted,
18690 will work to arbitrarily large precisions.  They can not at present
18691 handle error forms or intervals as arguments.
18693 NOTE:  These functions are still experimental.  In particular, their
18694 accuracy is not guaranteed in all domains.  It is advisable to set the
18695 current precision comfortably higher than you actually need when
18696 using these functions.  Also, these functions may be impractically
18697 slow for some values of the arguments.
18699 @kindex f g
18700 @pindex calc-gamma
18701 @tindex gamma
18702 The @kbd{f g} (@code{calc-gamma}) [@code{gamma}] command computes the Euler
18703 gamma function.  For positive integer arguments, this is related to the
18704 factorial function:  @samp{gamma(n+1) = fact(n)}.  For general complex
18705 arguments the gamma function can be defined by the following definite
18706 integral:  
18707 @texline @math{\Gamma(a) = \int_0^\infty t^{a-1} e^t dt}.
18708 @infoline @expr{gamma(a) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, inf)}.  
18709 (The actual implementation uses far more efficient computational methods.)
18711 @kindex f G
18712 @tindex gammaP
18713 @ignore
18714 @mindex @idots
18715 @end ignore
18716 @kindex I f G
18717 @ignore
18718 @mindex @null
18719 @end ignore
18720 @kindex H f G
18721 @ignore
18722 @mindex @null
18723 @end ignore
18724 @kindex H I f G
18725 @pindex calc-inc-gamma
18726 @ignore
18727 @mindex @null
18728 @end ignore
18729 @tindex gammaQ
18730 @ignore
18731 @mindex @null
18732 @end ignore
18733 @tindex gammag
18734 @ignore
18735 @mindex @null
18736 @end ignore
18737 @tindex gammaG
18738 The @kbd{f G} (@code{calc-inc-gamma}) [@code{gammaP}] command computes
18739 the incomplete gamma function, denoted @samp{P(a,x)}.  This is defined by
18740 the integral, 
18741 @texline @math{P(a,x) = \left( \int_0^x t^{a-1} e^t dt \right) / \Gamma(a)}.
18742 @infoline @expr{gammaP(a,x) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, x) / gamma(a)}.
18743 This implies that @samp{gammaP(a,inf) = 1} for any @expr{a} (see the
18744 definition of the normal gamma function).
18746 Several other varieties of incomplete gamma function are defined.
18747 The complement of @expr{P(a,x)}, called @expr{Q(a,x) = 1-P(a,x)} by
18748 some authors, is computed by the @kbd{I f G} [@code{gammaQ}] command.
18749 You can think of this as taking the other half of the integral, from
18750 @expr{x} to infinity.
18752 @ifinfo
18753 The functions corresponding to the integrals that define @expr{P(a,x)}
18754 and @expr{Q(a,x)} but without the normalizing @expr{1/gamma(a)}
18755 factor are called @expr{g(a,x)} and @expr{G(a,x)}, respectively
18756 (where @expr{g} and @expr{G} represent the lower- and upper-case Greek
18757 letter gamma).  You can obtain these using the @kbd{H f G} [@code{gammag}]
18758 and @kbd{H I f G} [@code{gammaG}] commands.
18759 @end ifinfo
18760 @tex
18761 \turnoffactive
18762 The functions corresponding to the integrals that define $P(a,x)$
18763 and $Q(a,x)$ but without the normalizing $1/\Gamma(a)$
18764 factor are called $\gamma(a,x)$ and $\Gamma(a,x)$, respectively.
18765 You can obtain these using the \kbd{H f G} [\code{gammag}] and
18766 \kbd{I H f G} [\code{gammaG}] commands.
18767 @end tex
18769 @kindex f b
18770 @pindex calc-beta
18771 @tindex beta
18772 The @kbd{f b} (@code{calc-beta}) [@code{beta}] command computes the
18773 Euler beta function, which is defined in terms of the gamma function as
18774 @texline @math{B(a,b) = \Gamma(a) \Gamma(b) / \Gamma(a+b)},
18775 @infoline @expr{beta(a,b) = gamma(a) gamma(b) / gamma(a+b)}, 
18776 or by
18777 @texline @math{B(a,b) = \int_0^1 t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt}.
18778 @infoline @expr{beta(a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, 1)}.
18780 @kindex f B
18781 @kindex H f B
18782 @pindex calc-inc-beta
18783 @tindex betaI
18784 @tindex betaB
18785 The @kbd{f B} (@code{calc-inc-beta}) [@code{betaI}] command computes
18786 the incomplete beta function @expr{I(x,a,b)}.  It is defined by
18787 @texline @math{I(x,a,b) = \left( \int_0^x t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt \right) / B(a,b)}.
18788 @infoline @expr{betaI(x,a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, x) / beta(a,b)}.
18789 Once again, the @kbd{H} (hyperbolic) prefix gives the corresponding
18790 un-normalized version [@code{betaB}].
18792 @kindex f e
18793 @kindex I f e
18794 @pindex calc-erf
18795 @tindex erf
18796 @tindex erfc
18797 The @kbd{f e} (@code{calc-erf}) [@code{erf}] command computes the
18798 error function 
18799 @texline @math{\hbox{erf}(x) = {2 \over \sqrt{\pi}} \int_0^x e^{-t^2} dt}.
18800 @infoline @expr{erf(x) = 2 integ(exp(-(t^2)), t, 0, x) / sqrt(pi)}.
18801 The complementary error function @kbd{I f e} (@code{calc-erfc}) [@code{erfc}]
18802 is the corresponding integral from @samp{x} to infinity; the sum
18803 @texline @math{\hbox{erf}(x) + \hbox{erfc}(x) = 1}.
18804 @infoline @expr{erf(x) + erfc(x) = 1}.
18806 @kindex f j
18807 @kindex f y
18808 @pindex calc-bessel-J
18809 @pindex calc-bessel-Y
18810 @tindex besJ
18811 @tindex besY
18812 The @kbd{f j} (@code{calc-bessel-J}) [@code{besJ}] and @kbd{f y}
18813 (@code{calc-bessel-Y}) [@code{besY}] commands compute the Bessel
18814 functions of the first and second kinds, respectively.
18815 In @samp{besJ(n,x)} and @samp{besY(n,x)} the ``order'' parameter
18816 @expr{n} is often an integer, but is not required to be one.
18817 Calc's implementation of the Bessel functions currently limits the
18818 precision to 8 digits, and may not be exact even to that precision.
18819 Use with care!
18821 @node Branch Cuts, Random Numbers, Advanced Math Functions, Scientific Functions
18822 @section Branch Cuts and Principal Values
18824 @noindent
18825 @cindex Branch cuts
18826 @cindex Principal values
18827 All of the logarithmic, trigonometric, and other scientific functions are
18828 defined for complex numbers as well as for reals.
18829 This section describes the values
18830 returned in cases where the general result is a family of possible values.
18831 Calc follows section 12.5.3 of Steele's @dfn{Common Lisp, the Language},
18832 second edition, in these matters.  This section will describe each
18833 function briefly; for a more detailed discussion (including some nifty
18834 diagrams), consult Steele's book.
18836 Note that the branch cuts for @code{arctan} and @code{arctanh} were
18837 changed between the first and second editions of Steele.  Versions of
18838 Calc starting with 2.00 follow the second edition.
18840 The new branch cuts exactly match those of the HP-28/48 calculators.
18841 They also match those of Mathematica 1.2, except that Mathematica's
18842 @code{arctan} cut is always in the right half of the complex plane,
18843 and its @code{arctanh} cut is always in the top half of the plane.
18844 Calc's cuts are continuous with quadrants I and III for @code{arctan},
18845 or II and IV for @code{arctanh}.
18847 Note:  The current implementations of these functions with complex arguments
18848 are designed with proper behavior around the branch cuts in mind, @emph{not}
18849 efficiency or accuracy.  You may need to increase the floating precision
18850 and wait a while to get suitable answers from them.
18852 For @samp{sqrt(a+bi)}:  When @expr{a<0} and @expr{b} is small but positive
18853 or zero, the result is close to the @expr{+i} axis.  For @expr{b} small and
18854 negative, the result is close to the @expr{-i} axis.  The result always lies
18855 in the right half of the complex plane.
18857 For @samp{ln(a+bi)}:  The real part is defined as @samp{ln(abs(a+bi))}.
18858 The imaginary part is defined as @samp{arg(a+bi) = arctan2(b,a)}.
18859 Thus the branch cuts for @code{sqrt} and @code{ln} both lie on the
18860 negative real axis.
18862 The following table describes these branch cuts in another way.
18863 If the real and imaginary parts of @expr{z} are as shown, then
18864 the real and imaginary parts of @expr{f(z)} will be as shown.
18865 Here @code{eps} stands for a small positive value; each
18866 occurrence of @code{eps} may stand for a different small value.
18868 @smallexample
18869      z           sqrt(z)       ln(z)
18870 ----------------------------------------
18871    +,   0         +,  0       any, 0
18872    -,   0         0,  +       any, pi
18873    -, +eps      +eps, +      +eps, +
18874    -, -eps      +eps, -      +eps, -
18875 @end smallexample
18877 For @samp{z1^z2}:  This is defined by @samp{exp(ln(z1)*z2)}.
18878 One interesting consequence of this is that @samp{(-8)^1:3} does
18879 not evaluate to @mathit{-2} as you might expect, but to the complex
18880 number @expr{(1., 1.732)}.  Both of these are valid cube roots
18881 of @mathit{-8} (as is @expr{(1., -1.732)}); Calc chooses a perhaps
18882 less-obvious root for the sake of mathematical consistency.
18884 For @samp{arcsin(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(i*z + sqrt(1-z^2))}.
18885 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18887 For @samp{arccos(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(z + i*sqrt(1-z^2))},
18888 or equivalently by @samp{pi/2 - arcsin(z)}.  The branch cuts are on
18889 the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18891 For @samp{arctan(z)}:  This is defined by
18892 @samp{(ln(1+i*z) - ln(1-i*z)) / (2*i)}.  The branch cuts are on the
18893 imaginary axis, below @expr{-i} and above @expr{i}.
18895 For @samp{arcsinh(z)}:  This is defined by @samp{ln(z + sqrt(1+z^2))}.
18896 The branch cuts are on the imaginary axis, below @expr{-i} and
18897 above @expr{i}.
18899 For @samp{arccosh(z)}:  This is defined by
18900 @samp{ln(z + (z+1)*sqrt((z-1)/(z+1)))}.  The branch cut is on the
18901 real axis less than 1.
18903 For @samp{arctanh(z)}:  This is defined by @samp{(ln(1+z) - ln(1-z)) / 2}.
18904 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18906 The following tables for @code{arcsin}, @code{arccos}, and
18907 @code{arctan} assume the current angular mode is Radians.  The
18908 hyperbolic functions operate independently of the angular mode.
18910 @smallexample
18911        z             arcsin(z)            arccos(z)
18912 -------------------------------------------------------
18913  (-1..1),  0      (-pi/2..pi/2), 0       (0..pi), 0
18914  (-1..1), +eps    (-pi/2..pi/2), +eps    (0..pi), -eps
18915  (-1..1), -eps    (-pi/2..pi/2), -eps    (0..pi), +eps
18916    <-1,    0          -pi/2,     +         pi,    -
18917    <-1,  +eps      -pi/2 + eps,  +      pi - eps, -
18918    <-1,  -eps      -pi/2 + eps,  -      pi - eps, +
18919     >1,    0           pi/2,     -          0,    +
18920     >1,  +eps       pi/2 - eps,  +        +eps,   -
18921     >1,  -eps       pi/2 - eps,  -        +eps,   +
18922 @end smallexample
18924 @smallexample
18925        z            arccosh(z)         arctanh(z)
18926 -----------------------------------------------------
18927  (-1..1),  0        0,  (0..pi)       any,     0
18928  (-1..1), +eps    +eps, (0..pi)       any,    +eps
18929  (-1..1), -eps    +eps, (-pi..0)      any,    -eps
18930    <-1,    0        +,    pi           -,     pi/2
18931    <-1,  +eps       +,  pi - eps       -,  pi/2 - eps
18932    <-1,  -eps       +, -pi + eps       -, -pi/2 + eps
18933     >1,    0        +,     0           +,    -pi/2
18934     >1,  +eps       +,   +eps          +,  pi/2 - eps
18935     >1,  -eps       +,   -eps          +, -pi/2 + eps
18936 @end smallexample
18938 @smallexample
18939        z           arcsinh(z)           arctan(z)
18940 -----------------------------------------------------
18941    0, (-1..1)    0, (-pi/2..pi/2)         0,     any
18942    0,   <-1      -,    -pi/2            -pi/2,    -
18943  +eps,  <-1      +, -pi/2 + eps       pi/2 - eps, -
18944  -eps,  <-1      -, -pi/2 + eps      -pi/2 + eps, -
18945    0,    >1      +,     pi/2             pi/2,    +
18946  +eps,   >1      +,  pi/2 - eps       pi/2 - eps, +
18947  -eps,   >1      -,  pi/2 - eps      -pi/2 + eps, +
18948 @end smallexample
18950 Finally, the following identities help to illustrate the relationship
18951 between the complex trigonometric and hyperbolic functions.  They
18952 are valid everywhere, including on the branch cuts.
18954 @smallexample
18955 sin(i*z)  = i*sinh(z)       arcsin(i*z)  = i*arcsinh(z)
18956 cos(i*z)  =   cosh(z)       arcsinh(i*z) = i*arcsin(z)
18957 tan(i*z)  = i*tanh(z)       arctan(i*z)  = i*arctanh(z)
18958 sinh(i*z) = i*sin(z)        cosh(i*z)    =   cos(z)
18959 @end smallexample
18961 The ``advanced math'' functions (gamma, Bessel, etc.@:) are also defined
18962 for general complex arguments, but their branch cuts and principal values
18963 are not rigorously specified at present.
18965 @node Random Numbers, Combinatorial Functions, Branch Cuts, Scientific Functions
18966 @section Random Numbers
18968 @noindent
18969 @kindex k r
18970 @pindex calc-random
18971 @tindex random
18972 The @kbd{k r} (@code{calc-random}) [@code{random}] command produces
18973 random numbers of various sorts.
18975 Given a positive numeric prefix argument @expr{M}, it produces a random
18976 integer @expr{N} in the range 
18977 @texline @math{0 \le N < M}.
18978 @infoline @expr{0 <= N < M}.  
18979 Each of the @expr{M} values appears with equal probability.
18981 With no numeric prefix argument, the @kbd{k r} command takes its argument
18982 from the stack instead.  Once again, if this is a positive integer @expr{M}
18983 the result is a random integer less than @expr{M}.  However, note that
18984 while numeric prefix arguments are limited to six digits or so, an @expr{M}
18985 taken from the stack can be arbitrarily large.  If @expr{M} is negative,
18986 the result is a random integer in the range 
18987 @texline @math{M < N \le 0}.
18988 @infoline @expr{M < N <= 0}.
18990 If the value on the stack is a floating-point number @expr{M}, the result
18991 is a random floating-point number @expr{N} in the range 
18992 @texline @math{0 \le N < M}
18993 @infoline @expr{0 <= N < M}
18994 or 
18995 @texline @math{M < N \le 0},
18996 @infoline @expr{M < N <= 0}, 
18997 according to the sign of @expr{M}.
18999 If @expr{M} is zero, the result is a Gaussian-distributed random real
19000 number; the distribution has a mean of zero and a standard deviation
19001 of one.  The algorithm used generates random numbers in pairs; thus,
19002 every other call to this function will be especially fast.
19004 If @expr{M} is an error form 
19005 @texline @math{m} @code{+/-} @math{\sigma}
19006 @infoline @samp{m +/- s} 
19007 where @var{m} and 
19008 @texline @math{\sigma}
19009 @infoline @var{s} 
19010 are both real numbers, the result uses a Gaussian distribution with mean
19011 @var{m} and standard deviation 
19012 @texline @math{\sigma}.
19013 @infoline @var{s}.
19015 If @expr{M} is an interval form, the lower and upper bounds specify the
19016 acceptable limits of the random numbers.  If both bounds are integers,
19017 the result is a random integer in the specified range.  If either bound
19018 is floating-point, the result is a random real number in the specified
19019 range.  If the interval is open at either end, the result will be sure
19020 not to equal that end value.  (This makes a big difference for integer
19021 intervals, but for floating-point intervals it's relatively minor:
19022 with a precision of 6, @samp{random([1.0..2.0))} will return any of one
19023 million numbers from 1.00000 to 1.99999; @samp{random([1.0..2.0])} may
19024 additionally return 2.00000, but the probability of this happening is
19025 extremely small.)
19027 If @expr{M} is a vector, the result is one element taken at random from
19028 the vector.  All elements of the vector are given equal probabilities.
19030 @vindex RandSeed
19031 The sequence of numbers produced by @kbd{k r} is completely random by
19032 default, i.e., the sequence is seeded each time you start Calc using
19033 the current time and other information.  You can get a reproducible
19034 sequence by storing a particular ``seed value'' in the Calc variable
19035 @code{RandSeed}.  Any integer will do for a seed; integers of from 1
19036 to 12 digits are good.  If you later store a different integer into
19037 @code{RandSeed}, Calc will switch to a different pseudo-random
19038 sequence.  If you ``unstore'' @code{RandSeed}, Calc will re-seed itself
19039 from the current time.  If you store the same integer that you used
19040 before back into @code{RandSeed}, you will get the exact same sequence
19041 of random numbers as before.
19043 @pindex calc-rrandom
19044 The @code{calc-rrandom} command (not on any key) produces a random real
19045 number between zero and one.  It is equivalent to @samp{random(1.0)}.
19047 @kindex k a
19048 @pindex calc-random-again
19049 The @kbd{k a} (@code{calc-random-again}) command produces another random
19050 number, re-using the most recent value of @expr{M}.  With a numeric
19051 prefix argument @var{n}, it produces @var{n} more random numbers using
19052 that value of @expr{M}.
19054 @kindex k h
19055 @pindex calc-shuffle
19056 @tindex shuffle
19057 The @kbd{k h} (@code{calc-shuffle}) command produces a vector of several
19058 random values with no duplicates.  The value on the top of the stack
19059 specifies the set from which the random values are drawn, and may be any
19060 of the @expr{M} formats described above.  The numeric prefix argument
19061 gives the length of the desired list.  (If you do not provide a numeric
19062 prefix argument, the length of the list is taken from the top of the
19063 stack, and @expr{M} from second-to-top.)
19065 If @expr{M} is a floating-point number, zero, or an error form (so
19066 that the random values are being drawn from the set of real numbers)
19067 there is little practical difference between using @kbd{k h} and using
19068 @kbd{k r} several times.  But if the set of possible values consists
19069 of just a few integers, or the elements of a vector, then there is
19070 a very real chance that multiple @kbd{k r}'s will produce the same
19071 number more than once.  The @kbd{k h} command produces a vector whose
19072 elements are always distinct.  (Actually, there is a slight exception:
19073 If @expr{M} is a vector, no given vector element will be drawn more
19074 than once, but if several elements of @expr{M} are equal, they may
19075 each make it into the result vector.)
19077 One use of @kbd{k h} is to rearrange a list at random.  This happens
19078 if the prefix argument is equal to the number of values in the list:
19079 @kbd{[1, 1.5, 2, 2.5, 3] 5 k h} might produce the permuted list
19080 @samp{[2.5, 1, 1.5, 3, 2]}.  As a convenient feature, if the argument
19081 @var{n} is negative it is replaced by the size of the set represented
19082 by @expr{M}.  Naturally, this is allowed only when @expr{M} specifies
19083 a small discrete set of possibilities.
19085 To do the equivalent of @kbd{k h} but with duplications allowed,
19086 given @expr{M} on the stack and with @var{n} just entered as a numeric
19087 prefix, use @kbd{v b} to build a vector of copies of @expr{M}, then use
19088 @kbd{V M k r} to ``map'' the normal @kbd{k r} function over the
19089 elements of this vector.  @xref{Matrix Functions}.
19091 @menu
19092 * Random Number Generator::     (Complete description of Calc's algorithm)
19093 @end menu
19095 @node Random Number Generator, , Random Numbers, Random Numbers
19096 @subsection Random Number Generator
19098 Calc's random number generator uses several methods to ensure that
19099 the numbers it produces are highly random.  Knuth's @emph{Art of
19100 Computer Programming}, Volume II, contains a thorough description
19101 of the theory of random number generators and their measurement and
19102 characterization.
19104 If @code{RandSeed} has no stored value, Calc calls Emacs' built-in
19105 @code{random} function to get a stream of random numbers, which it
19106 then treats in various ways to avoid problems inherent in the simple
19107 random number generators that many systems use to implement @code{random}.
19109 When Calc's random number generator is first invoked, it ``seeds''
19110 the low-level random sequence using the time of day, so that the
19111 random number sequence will be different every time you use Calc.
19113 Since Emacs Lisp doesn't specify the range of values that will be
19114 returned by its @code{random} function, Calc exercises the function
19115 several times to estimate the range.  When Calc subsequently uses
19116 the @code{random} function, it takes only 10 bits of the result
19117 near the most-significant end.  (It avoids at least the bottom
19118 four bits, preferably more, and also tries to avoid the top two
19119 bits.)  This strategy works well with the linear congruential
19120 generators that are typically used to implement @code{random}.
19122 If @code{RandSeed} contains an integer, Calc uses this integer to
19123 seed an ``additive congruential'' method (Knuth's algorithm 3.2.2A,
19124 computing 
19125 @texline @math{X_{n-55} - X_{n-24}}.
19126 @infoline @expr{X_n-55 - X_n-24}).  
19127 This method expands the seed
19128 value into a large table which is maintained internally; the variable
19129 @code{RandSeed} is changed from, e.g., 42 to the vector @expr{[42]}
19130 to indicate that the seed has been absorbed into this table.  When
19131 @code{RandSeed} contains a vector, @kbd{k r} and related commands
19132 continue to use the same internal table as last time.  There is no
19133 way to extract the complete state of the random number generator
19134 so that you can restart it from any point; you can only restart it
19135 from the same initial seed value.  A simple way to restart from the
19136 same seed is to type @kbd{s r RandSeed} to get the seed vector,
19137 @kbd{v u} to unpack it back into a number, then @kbd{s t RandSeed}
19138 to reseed the generator with that number.
19140 Calc uses a ``shuffling'' method as described in algorithm 3.2.2B
19141 of Knuth.  It fills a table with 13 random 10-bit numbers.  Then,
19142 to generate a new random number, it uses the previous number to
19143 index into the table, picks the value it finds there as the new
19144 random number, then replaces that table entry with a new value
19145 obtained from a call to the base random number generator (either
19146 the additive congruential generator or the @code{random} function
19147 supplied by the system).  If there are any flaws in the base
19148 generator, shuffling will tend to even them out.  But if the system
19149 provides an excellent @code{random} function, shuffling will not
19150 damage its randomness.
19152 To create a random integer of a certain number of digits, Calc
19153 builds the integer three decimal digits at a time.  For each group
19154 of three digits, Calc calls its 10-bit shuffling random number generator
19155 (which returns a value from 0 to 1023); if the random value is 1000
19156 or more, Calc throws it out and tries again until it gets a suitable
19157 value.
19159 To create a random floating-point number with precision @var{p}, Calc
19160 simply creates a random @var{p}-digit integer and multiplies by
19161 @texline @math{10^{-p}}.
19162 @infoline @expr{10^-p}.  
19163 The resulting random numbers should be very clean, but note
19164 that relatively small numbers will have few significant random digits.
19165 In other words, with a precision of 12, you will occasionally get
19166 numbers on the order of 
19167 @texline @math{10^{-9}}
19168 @infoline @expr{10^-9} 
19169 or 
19170 @texline @math{10^{-10}},
19171 @infoline @expr{10^-10}, 
19172 but those numbers will only have two or three random digits since they
19173 correspond to small integers times 
19174 @texline @math{10^{-12}}.
19175 @infoline @expr{10^-12}.
19177 To create a random integer in the interval @samp{[0 .. @var{m})}, Calc
19178 counts the digits in @var{m}, creates a random integer with three
19179 additional digits, then reduces modulo @var{m}.  Unless @var{m} is a
19180 power of ten the resulting values will be very slightly biased toward
19181 the lower numbers, but this bias will be less than 0.1%.  (For example,
19182 if @var{m} is 42, Calc will reduce a random integer less than 100000
19183 modulo 42 to get a result less than 42.  It is easy to show that the
19184 numbers 40 and 41 will be only 2380/2381 as likely to result from this
19185 modulo operation as numbers 39 and below.)  If @var{m} is a power of
19186 ten, however, the numbers should be completely unbiased.
19188 The Gaussian random numbers generated by @samp{random(0.0)} use the
19189 ``polar'' method described in Knuth section 3.4.1C.  This method
19190 generates a pair of Gaussian random numbers at a time, so only every
19191 other call to @samp{random(0.0)} will require significant calculations.
19193 @node Combinatorial Functions, Probability Distribution Functions, Random Numbers, Scientific Functions
19194 @section Combinatorial Functions
19196 @noindent
19197 Commands relating to combinatorics and number theory begin with the
19198 @kbd{k} key prefix.
19200 @kindex k g
19201 @pindex calc-gcd
19202 @tindex gcd
19203 The @kbd{k g} (@code{calc-gcd}) [@code{gcd}] command computes the
19204 Greatest Common Divisor of two integers.  It also accepts fractions;
19205 the GCD of two fractions is defined by taking the GCD of the
19206 numerators, and the LCM of the denominators.  This definition is
19207 consistent with the idea that @samp{a / gcd(a,x)} should yield an
19208 integer for any @samp{a} and @samp{x}.  For other types of arguments,
19209 the operation is left in symbolic form.
19211 @kindex k l
19212 @pindex calc-lcm
19213 @tindex lcm
19214 The @kbd{k l} (@code{calc-lcm}) [@code{lcm}] command computes the
19215 Least Common Multiple of two integers or fractions.  The product of
19216 the LCM and GCD of two numbers is equal to the product of the
19217 numbers.
19219 @kindex k E
19220 @pindex calc-extended-gcd
19221 @tindex egcd
19222 The @kbd{k E} (@code{calc-extended-gcd}) [@code{egcd}] command computes
19223 the GCD of two integers @expr{x} and @expr{y} and returns a vector
19224 @expr{[g, a, b]} where 
19225 @texline @math{g = \gcd(x,y) = a x + b y}.
19226 @infoline @expr{g = gcd(x,y) = a x + b y}.
19228 @kindex !
19229 @pindex calc-factorial
19230 @tindex fact
19231 @ignore
19232 @mindex @null
19233 @end ignore
19234 @tindex !
19235 The @kbd{!} (@code{calc-factorial}) [@code{fact}] command computes the
19236 factorial of the number at the top of the stack.  If the number is an
19237 integer, the result is an exact integer.  If the number is an
19238 integer-valued float, the result is a floating-point approximation.  If
19239 the number is a non-integral real number, the generalized factorial is used,
19240 as defined by the Euler Gamma function.  Please note that computation of
19241 large factorials can be slow; using floating-point format will help
19242 since fewer digits must be maintained.  The same is true of many of
19243 the commands in this section.
19245 @kindex k d
19246 @pindex calc-double-factorial
19247 @tindex dfact
19248 @ignore
19249 @mindex @null
19250 @end ignore
19251 @tindex !!
19252 The @kbd{k d} (@code{calc-double-factorial}) [@code{dfact}] command
19253 computes the ``double factorial'' of an integer.  For an even integer,
19254 this is the product of even integers from 2 to @expr{N}.  For an odd
19255 integer, this is the product of odd integers from 3 to @expr{N}.  If
19256 the argument is an integer-valued float, the result is a floating-point
19257 approximation.  This function is undefined for negative even integers.
19258 The notation @expr{N!!} is also recognized for double factorials.
19260 @kindex k c
19261 @pindex calc-choose
19262 @tindex choose
19263 The @kbd{k c} (@code{calc-choose}) [@code{choose}] command computes the
19264 binomial coefficient @expr{N}-choose-@expr{M}, where @expr{M} is the number
19265 on the top of the stack and @expr{N} is second-to-top.  If both arguments
19266 are integers, the result is an exact integer.  Otherwise, the result is a
19267 floating-point approximation.  The binomial coefficient is defined for all
19268 real numbers by
19269 @texline @math{N! \over M! (N-M)!\,}.
19270 @infoline @expr{N! / M! (N-M)!}.
19272 @kindex H k c
19273 @pindex calc-perm
19274 @tindex perm
19275 @ifinfo
19276 The @kbd{H k c} (@code{calc-perm}) [@code{perm}] command computes the
19277 number-of-permutations function @expr{N! / (N-M)!}.
19278 @end ifinfo
19279 @tex
19280 The \kbd{H k c} (\code{calc-perm}) [\code{perm}] command computes the
19281 number-of-perm\-utations function $N! \over (N-M)!\,$.
19282 @end tex
19284 @kindex k b
19285 @kindex H k b
19286 @pindex calc-bernoulli-number
19287 @tindex bern
19288 The @kbd{k b} (@code{calc-bernoulli-number}) [@code{bern}] command
19289 computes a given Bernoulli number.  The value at the top of the stack
19290 is a nonnegative integer @expr{n} that specifies which Bernoulli number
19291 is desired.  The @kbd{H k b} command computes a Bernoulli polynomial,
19292 taking @expr{n} from the second-to-top position and @expr{x} from the
19293 top of the stack.  If @expr{x} is a variable or formula the result is
19294 a polynomial in @expr{x}; if @expr{x} is a number the result is a number.
19296 @kindex k e
19297 @kindex H k e
19298 @pindex calc-euler-number
19299 @tindex euler
19300 The @kbd{k e} (@code{calc-euler-number}) [@code{euler}] command similarly
19301 computes an Euler number, and @w{@kbd{H k e}} computes an Euler polynomial.
19302 Bernoulli and Euler numbers occur in the Taylor expansions of several
19303 functions.
19305 @kindex k s
19306 @kindex H k s
19307 @pindex calc-stirling-number
19308 @tindex stir1
19309 @tindex stir2
19310 The @kbd{k s} (@code{calc-stirling-number}) [@code{stir1}] command
19311 computes a Stirling number of the first 
19312 @texline kind@tie{}@math{n \brack m},
19313 @infoline kind,
19314 given two integers @expr{n} and @expr{m} on the stack.  The @kbd{H k s}
19315 [@code{stir2}] command computes a Stirling number of the second 
19316 @texline kind@tie{}@math{n \brace m}.
19317 @infoline kind.
19318 These are the number of @expr{m}-cycle permutations of @expr{n} objects,
19319 and the number of ways to partition @expr{n} objects into @expr{m}
19320 non-empty sets, respectively.
19322 @kindex k p
19323 @pindex calc-prime-test
19324 @cindex Primes
19325 The @kbd{k p} (@code{calc-prime-test}) command checks if the integer on
19326 the top of the stack is prime.  For integers less than eight million, the
19327 answer is always exact and reasonably fast.  For larger integers, a
19328 probabilistic method is used (see Knuth vol. II, section 4.5.4, algorithm P).
19329 The number is first checked against small prime factors (up to 13).  Then,
19330 any number of iterations of the algorithm are performed.  Each step either
19331 discovers that the number is non-prime, or substantially increases the
19332 certainty that the number is prime.  After a few steps, the chance that
19333 a number was mistakenly described as prime will be less than one percent.
19334 (Indeed, this is a worst-case estimate of the probability; in practice
19335 even a single iteration is quite reliable.)  After the @kbd{k p} command,
19336 the number will be reported as definitely prime or non-prime if possible,
19337 or otherwise ``probably'' prime with a certain probability of error.
19339 @ignore
19340 @starindex
19341 @end ignore
19342 @tindex prime
19343 The normal @kbd{k p} command performs one iteration of the primality
19344 test.  Pressing @kbd{k p} repeatedly for the same integer will perform
19345 additional iterations.  Also, @kbd{k p} with a numeric prefix performs
19346 the specified number of iterations.  There is also an algebraic function
19347 @samp{prime(n)} or @samp{prime(n,iters)} which returns 1 if @expr{n}
19348 is (probably) prime and 0 if not.
19350 @kindex k f
19351 @pindex calc-prime-factors
19352 @tindex prfac
19353 The @kbd{k f} (@code{calc-prime-factors}) [@code{prfac}] command
19354 attempts to decompose an integer into its prime factors.  For numbers up
19355 to 25 million, the answer is exact although it may take some time.  The
19356 result is a vector of the prime factors in increasing order.  For larger
19357 inputs, prime factors above 5000 may not be found, in which case the
19358 last number in the vector will be an unfactored integer greater than 25
19359 million (with a warning message).  For negative integers, the first
19360 element of the list will be @mathit{-1}.  For inputs @mathit{-1}, @mathit{0}, and
19361 @mathit{1}, the result is a list of the same number.
19363 @kindex k n
19364 @pindex calc-next-prime
19365 @ignore
19366 @mindex nextpr@idots
19367 @end ignore
19368 @tindex nextprime
19369 The @kbd{k n} (@code{calc-next-prime}) [@code{nextprime}] command finds
19370 the next prime above a given number.  Essentially, it searches by calling
19371 @code{calc-prime-test} on successive integers until it finds one that
19372 passes the test.  This is quite fast for integers less than eight million,
19373 but once the probabilistic test comes into play the search may be rather
19374 slow.  Ordinarily this command stops for any prime that passes one iteration
19375 of the primality test.  With a numeric prefix argument, a number must pass
19376 the specified number of iterations before the search stops.  (This only
19377 matters when searching above eight million.)  You can always use additional
19378 @kbd{k p} commands to increase your certainty that the number is indeed
19379 prime.
19381 @kindex I k n
19382 @pindex calc-prev-prime
19383 @ignore
19384 @mindex prevpr@idots
19385 @end ignore
19386 @tindex prevprime
19387 The @kbd{I k n} (@code{calc-prev-prime}) [@code{prevprime}] command
19388 analogously finds the next prime less than a given number.
19390 @kindex k t
19391 @pindex calc-totient
19392 @tindex totient
19393 The @kbd{k t} (@code{calc-totient}) [@code{totient}] command computes the
19394 Euler ``totient'' 
19395 @texline function@tie{}@math{\phi(n)},
19396 @infoline function,
19397 the number of integers less than @expr{n} which
19398 are relatively prime to @expr{n}.
19400 @kindex k m
19401 @pindex calc-moebius
19402 @tindex moebius
19403 The @kbd{k m} (@code{calc-moebius}) [@code{moebius}] command computes the
19404 @texline M@"obius @math{\mu}
19405 @infoline Moebius ``mu''
19406 function.  If the input number is a product of @expr{k}
19407 distinct factors, this is @expr{(-1)^k}.  If the input number has any
19408 duplicate factors (i.e., can be divided by the same prime more than once),
19409 the result is zero.
19411 @node Probability Distribution Functions, , Combinatorial Functions, Scientific Functions
19412 @section Probability Distribution Functions
19414 @noindent
19415 The functions in this section compute various probability distributions.
19416 For continuous distributions, this is the integral of the probability
19417 density function from @expr{x} to infinity.  (These are the ``upper
19418 tail'' distribution functions; there are also corresponding ``lower
19419 tail'' functions which integrate from minus infinity to @expr{x}.)
19420 For discrete distributions, the upper tail function gives the sum
19421 from @expr{x} to infinity; the lower tail function gives the sum
19422 from minus infinity up to, but not including,@w{ }@expr{x}.
19424 To integrate from @expr{x} to @expr{y}, just use the distribution
19425 function twice and subtract.  For example, the probability that a
19426 Gaussian random variable with mean 2 and standard deviation 1 will
19427 lie in the range from 2.5 to 2.8 is @samp{utpn(2.5,2,1) - utpn(2.8,2,1)}
19428 (``the probability that it is greater than 2.5, but not greater than 2.8''),
19429 or equivalently @samp{ltpn(2.8,2,1) - ltpn(2.5,2,1)}.
19431 @kindex k B
19432 @kindex I k B
19433 @pindex calc-utpb
19434 @tindex utpb
19435 @tindex ltpb
19436 The @kbd{k B} (@code{calc-utpb}) [@code{utpb}] function uses the
19437 binomial distribution.  Push the parameters @var{n}, @var{p}, and
19438 then @var{x} onto the stack; the result (@samp{utpb(x,n,p)}) is the
19439 probability that an event will occur @var{x} or more times out
19440 of @var{n} trials, if its probability of occurring in any given
19441 trial is @var{p}.  The @kbd{I k B} [@code{ltpb}] function is
19442 the probability that the event will occur fewer than @var{x} times.
19444 The other probability distribution functions similarly take the
19445 form @kbd{k @var{X}} (@code{calc-utp@var{x}}) [@code{utp@var{x}}]
19446 and @kbd{I k @var{X}} [@code{ltp@var{x}}], for various letters
19447 @var{x}.  The arguments to the algebraic functions are the value of
19448 the random variable first, then whatever other parameters define the
19449 distribution.  Note these are among the few Calc functions where the
19450 order of the arguments in algebraic form differs from the order of
19451 arguments as found on the stack.  (The random variable comes last on
19452 the stack, so that you can type, e.g., @kbd{2 @key{RET} 1 @key{RET} 2.5
19453 k N M-@key{RET} @key{DEL} 2.8 k N -}, using @kbd{M-@key{RET} @key{DEL}} to
19454 recover the original arguments but substitute a new value for @expr{x}.)
19456 @kindex k C
19457 @pindex calc-utpc
19458 @tindex utpc
19459 @ignore
19460 @mindex @idots
19461 @end ignore
19462 @kindex I k C
19463 @ignore
19464 @mindex @null
19465 @end ignore
19466 @tindex ltpc
19467 The @samp{utpc(x,v)} function uses the chi-square distribution with
19468 @texline @math{\nu}
19469 @infoline @expr{v} 
19470 degrees of freedom.  It is the probability that a model is
19471 correct if its chi-square statistic is @expr{x}.
19473 @kindex k F
19474 @pindex calc-utpf
19475 @tindex utpf
19476 @ignore
19477 @mindex @idots
19478 @end ignore
19479 @kindex I k F
19480 @ignore
19481 @mindex @null
19482 @end ignore
19483 @tindex ltpf
19484 The @samp{utpf(F,v1,v2)} function uses the F distribution, used in
19485 various statistical tests.  The parameters 
19486 @texline @math{\nu_1}
19487 @infoline @expr{v1} 
19488 and 
19489 @texline @math{\nu_2}
19490 @infoline @expr{v2}
19491 are the degrees of freedom in the numerator and denominator,
19492 respectively, used in computing the statistic @expr{F}.
19494 @kindex k N
19495 @pindex calc-utpn
19496 @tindex utpn
19497 @ignore
19498 @mindex @idots
19499 @end ignore
19500 @kindex I k N
19501 @ignore
19502 @mindex @null
19503 @end ignore
19504 @tindex ltpn
19505 The @samp{utpn(x,m,s)} function uses a normal (Gaussian) distribution
19506 with mean @expr{m} and standard deviation 
19507 @texline @math{\sigma}.
19508 @infoline @expr{s}.  
19509 It is the probability that such a normal-distributed random variable
19510 would exceed @expr{x}.
19512 @kindex k P
19513 @pindex calc-utpp
19514 @tindex utpp
19515 @ignore
19516 @mindex @idots
19517 @end ignore
19518 @kindex I k P
19519 @ignore
19520 @mindex @null
19521 @end ignore
19522 @tindex ltpp
19523 The @samp{utpp(n,x)} function uses a Poisson distribution with
19524 mean @expr{x}.  It is the probability that @expr{n} or more such
19525 Poisson random events will occur.
19527 @kindex k T
19528 @pindex calc-ltpt
19529 @tindex utpt
19530 @ignore
19531 @mindex @idots
19532 @end ignore
19533 @kindex I k T
19534 @ignore
19535 @mindex @null
19536 @end ignore
19537 @tindex ltpt
19538 The @samp{utpt(t,v)} function uses the Student's ``t'' distribution
19539 with 
19540 @texline @math{\nu}
19541 @infoline @expr{v} 
19542 degrees of freedom.  It is the probability that a
19543 t-distributed random variable will be greater than @expr{t}.
19544 (Note:  This computes the distribution function 
19545 @texline @math{A(t|\nu)}
19546 @infoline @expr{A(t|v)}
19547 where 
19548 @texline @math{A(0|\nu) = 1}
19549 @infoline @expr{A(0|v) = 1} 
19550 and 
19551 @texline @math{A(\infty|\nu) \to 0}.
19552 @infoline @expr{A(inf|v) -> 0}.  
19553 The @code{UTPT} operation on the HP-48 uses a different definition which
19554 returns half of Calc's value:  @samp{UTPT(t,v) = .5*utpt(t,v)}.)
19556 While Calc does not provide inverses of the probability distribution
19557 functions, the @kbd{a R} command can be used to solve for the inverse.
19558 Since the distribution functions are monotonic, @kbd{a R} is guaranteed
19559 to be able to find a solution given any initial guess.
19560 @xref{Numerical Solutions}.
19562 @node Matrix Functions, Algebra, Scientific Functions, Top
19563 @chapter Vector/Matrix Functions
19565 @noindent
19566 Many of the commands described here begin with the @kbd{v} prefix.
19567 (For convenience, the shift-@kbd{V} prefix is equivalent to @kbd{v}.)
19568 The commands usually apply to both plain vectors and matrices; some
19569 apply only to matrices or only to square matrices.  If the argument
19570 has the wrong dimensions the operation is left in symbolic form.
19572 Vectors are entered and displayed using @samp{[a,b,c]} notation.
19573 Matrices are vectors of which all elements are vectors of equal length.
19574 (Though none of the standard Calc commands use this concept, a
19575 three-dimensional matrix or rank-3 tensor could be defined as a
19576 vector of matrices, and so on.)
19578 @menu
19579 * Packing and Unpacking::
19580 * Building Vectors::
19581 * Extracting Elements::
19582 * Manipulating Vectors::
19583 * Vector and Matrix Arithmetic::
19584 * Set Operations::
19585 * Statistical Operations::
19586 * Reducing and Mapping::
19587 * Vector and Matrix Formats::
19588 @end menu
19590 @node Packing and Unpacking, Building Vectors, Matrix Functions, Matrix Functions
19591 @section Packing and Unpacking
19593 @noindent
19594 Calc's ``pack'' and ``unpack'' commands collect stack entries to build
19595 composite objects such as vectors and complex numbers.  They are
19596 described in this chapter because they are most often used to build
19597 vectors.
19599 @kindex v p
19600 @pindex calc-pack
19601 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) [@code{pack}] command collects several
19602 elements from the stack into a matrix, complex number, HMS form, error
19603 form, etc.  It uses a numeric prefix argument to specify the kind of
19604 object to be built; this argument is referred to as the ``packing mode.''
19605 If the packing mode is a nonnegative integer, a vector of that
19606 length is created.  For example, @kbd{C-u 5 v p} will pop the top
19607 five stack elements and push back a single vector of those five
19608 elements.  (@kbd{C-u 0 v p} simply creates an empty vector.)
19610 The same effect can be had by pressing @kbd{[} to push an incomplete
19611 vector on the stack, using @key{TAB} (@code{calc-roll-down}) to sneak
19612 the incomplete object up past a certain number of elements, and
19613 then pressing @kbd{]} to complete the vector.
19615 Negative packing modes create other kinds of composite objects:
19617 @table @cite
19618 @item -1
19619 Two values are collected to build a complex number.  For example,
19620 @kbd{5 @key{RET} 7 C-u -1 v p} creates the complex number
19621 @expr{(5, 7)}.  The result is always a rectangular complex
19622 number.  The two input values must both be real numbers,
19623 i.e., integers, fractions, or floats.  If they are not, Calc
19624 will instead build a formula like @samp{a + (0, 1) b}.  (The
19625 other packing modes also create a symbolic answer if the
19626 components are not suitable.)
19628 @item -2
19629 Two values are collected to build a polar complex number.
19630 The first is the magnitude; the second is the phase expressed
19631 in either degrees or radians according to the current angular
19632 mode.
19634 @item -3
19635 Three values are collected into an HMS form.  The first
19636 two values (hours and minutes) must be integers or
19637 integer-valued floats.  The third value may be any real
19638 number.
19640 @item -4
19641 Two values are collected into an error form.  The inputs
19642 may be real numbers or formulas.
19644 @item -5
19645 Two values are collected into a modulo form.  The inputs
19646 must be real numbers.
19648 @item -6
19649 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b]}.
19650 The inputs may be real numbers, HMS or date forms, or formulas.
19652 @item -7
19653 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b)}.
19655 @item -8
19656 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b]}.
19658 @item -9
19659 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b)}.
19661 @item -10
19662 Two integer values are collected into a fraction.
19664 @item -11
19665 Two values are collected into a floating-point number.
19666 The first is the mantissa; the second, which must be an
19667 integer, is the exponent.  The result is the mantissa
19668 times ten to the power of the exponent.
19670 @item -12
19671 This is treated the same as @mathit{-11} by the @kbd{v p} command.
19672 When unpacking, @mathit{-12} specifies that a floating-point mantissa
19673 is desired.
19675 @item -13
19676 A real number is converted into a date form.
19678 @item -14
19679 Three numbers (year, month, day) are packed into a pure date form.
19681 @item -15
19682 Six numbers are packed into a date/time form.
19683 @end table
19685 With any of the two-input negative packing modes, either or both
19686 of the inputs may be vectors.  If both are vectors of the same
19687 length, the result is another vector made by packing corresponding
19688 elements of the input vectors.  If one input is a vector and the
19689 other is a plain number, the number is packed along with each vector
19690 element to produce a new vector.  For example, @kbd{C-u -4 v p}
19691 could be used to convert a vector of numbers and a vector of errors
19692 into a single vector of error forms; @kbd{C-u -5 v p} could convert
19693 a vector of numbers and a single number @var{M} into a vector of
19694 numbers modulo @var{M}.
19696 If you don't give a prefix argument to @kbd{v p}, it takes
19697 the packing mode from the top of the stack.  The elements to
19698 be packed then begin at stack level 2.  Thus
19699 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 4 n v p} is another way to
19700 enter the error form @samp{1 +/- 2}.
19702 If the packing mode taken from the stack is a vector, the result is a
19703 matrix with the dimensions specified by the elements of the vector,
19704 which must each be integers.  For example, if the packing mode is
19705 @samp{[2, 3]}, then six numbers will be taken from the stack and
19706 returned in the form @samp{[@w{[a, b, c]}, [d, e, f]]}.
19708 If any elements of the vector are negative, other kinds of
19709 packing are done at that level as described above.  For
19710 example, @samp{[2, 3, -4]} takes 12 objects and creates a
19711 @texline @math{2\times3}
19712 @infoline 2x3
19713 matrix of error forms: @samp{[[a +/- b, c +/- d ... ]]}.
19714 Also, @samp{[-4, -10]} will convert four integers into an
19715 error form consisting of two fractions:  @samp{a:b +/- c:d}.
19717 @ignore
19718 @starindex
19719 @end ignore
19720 @tindex pack
19721 There is an equivalent algebraic function,
19722 @samp{pack(@var{mode}, @var{items})} where @var{mode} is a
19723 packing mode (an integer or a vector of integers) and @var{items}
19724 is a vector of objects to be packed (re-packed, really) according
19725 to that mode.  For example, @samp{pack([3, -4], [a,b,c,d,e,f])}
19726 yields @samp{[a +/- b, @w{c +/- d}, e +/- f]}.  The function is
19727 left in symbolic form if the packing mode is invalid, or if the
19728 number of data items does not match the number of items required
19729 by the mode.
19731 @kindex v u
19732 @pindex calc-unpack
19733 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the vector, complex
19734 number, HMS form, or other composite object on the top of the stack and
19735 ``unpacks'' it, pushing each of its elements onto the stack as separate
19736 objects.  Thus, it is the ``inverse'' of @kbd{v p}.  If the value
19737 at the top of the stack is a formula, @kbd{v u} unpacks it by pushing
19738 each of the arguments of the top-level operator onto the stack.
19740 You can optionally give a numeric prefix argument to @kbd{v u}
19741 to specify an explicit (un)packing mode.  If the packing mode is
19742 negative and the input is actually a vector or matrix, the result
19743 will be two or more similar vectors or matrices of the elements.
19744 For example, given the vector @samp{[@w{a +/- b}, c^2, d +/- 7]},
19745 the result of @kbd{C-u -4 v u} will be the two vectors
19746 @samp{[a, c^2, d]} and @w{@samp{[b, 0, 7]}}.
19748 Note that the prefix argument can have an effect even when the input is
19749 not a vector.  For example, if the input is the number @mathit{-5}, then
19750 @kbd{c-u -1 v u} yields @mathit{-5} and 0 (the components of @mathit{-5}
19751 when viewed as a rectangular complex number); @kbd{C-u -2 v u} yields 5
19752 and 180 (assuming Degrees mode); and @kbd{C-u -10 v u} yields @mathit{-5}
19753 and 1 (the numerator and denominator of @mathit{-5}, viewed as a rational
19754 number).  Plain @kbd{v u} with this input would complain that the input
19755 is not a composite object.
19757 Unpacking mode @mathit{-11} converts a float into an integer mantissa and
19758 an integer exponent, where the mantissa is not divisible by 10
19759 (except that 0.0 is represented by a mantissa and exponent of 0).
19760 Unpacking mode @mathit{-12} converts a float into a floating-point mantissa
19761 and integer exponent, where the mantissa (for non-zero numbers)
19762 is guaranteed to lie in the range [1 .. 10).  In both cases,
19763 the mantissa is shifted left or right (and the exponent adjusted
19764 to compensate) in order to satisfy these constraints.
19766 Positive unpacking modes are treated differently than for @kbd{v p}.
19767 A mode of 1 is much like plain @kbd{v u} with no prefix argument,
19768 except that in addition to the components of the input object,
19769 a suitable packing mode to re-pack the object is also pushed.
19770 Thus, @kbd{C-u 1 v u} followed by @kbd{v p} will re-build the
19771 original object.
19773 A mode of 2 unpacks two levels of the object; the resulting
19774 re-packing mode will be a vector of length 2.  This might be used
19775 to unpack a matrix, say, or a vector of error forms.  Higher
19776 unpacking modes unpack the input even more deeply.
19778 @ignore
19779 @starindex
19780 @end ignore
19781 @tindex unpack
19782 There are two algebraic functions analogous to @kbd{v u}.
19783 The @samp{unpack(@var{mode}, @var{item})} function unpacks the
19784 @var{item} using the given @var{mode}, returning the result as
19785 a vector of components.  Here the @var{mode} must be an
19786 integer, not a vector.  For example, @samp{unpack(-4, a +/- b)}
19787 returns @samp{[a, b]}, as does @samp{unpack(1, a +/- b)}.
19789 @ignore
19790 @starindex
19791 @end ignore
19792 @tindex unpackt
19793 The @code{unpackt} function is like @code{unpack} but instead
19794 of returning a simple vector of items, it returns a vector of
19795 two things:  The mode, and the vector of items.  For example,
19796 @samp{unpackt(1, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[-4, [2:3, 1:4]]},
19797 and @samp{unpackt(2, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[[-4, -10], [2, 3, 1, 4]]}.
19798 The identity for re-building the original object is
19799 @samp{apply(pack, unpackt(@var{n}, @var{x})) = @var{x}}.  (The
19800 @code{apply} function builds a function call given the function
19801 name and a vector of arguments.)
19803 @cindex Numerator of a fraction, extracting
19804 Subscript notation is a useful way to extract a particular part
19805 of an object.  For example, to get the numerator of a rational
19806 number, you can use @samp{unpack(-10, @var{x})_1}.
19808 @node Building Vectors, Extracting Elements, Packing and Unpacking, Matrix Functions
19809 @section Building Vectors
19811 @noindent
19812 Vectors and matrices can be added,
19813 subtracted, multiplied, and divided; @pxref{Basic Arithmetic}.
19815 @kindex |
19816 @pindex calc-concat
19817 @ignore
19818 @mindex @null
19819 @end ignore
19820 @tindex |
19821 The @kbd{|} (@code{calc-concat}) [@code{vconcat}] command ``concatenates'' two vectors
19822 into one.  For example, after @kbd{@w{[ 1 , 2 ]} [ 3 , 4 ] |}, the stack
19823 will contain the single vector @samp{[1, 2, 3, 4]}.  If the arguments
19824 are matrices, the rows of the first matrix are concatenated with the
19825 rows of the second.  (In other words, two matrices are just two vectors
19826 of row-vectors as far as @kbd{|} is concerned.)
19828 If either argument to @kbd{|} is a scalar (a non-vector), it is treated
19829 like a one-element vector for purposes of concatenation:  @kbd{1 [ 2 , 3 ] |}
19830 produces the vector @samp{[1, 2, 3]}.  Likewise, if one argument is a
19831 matrix and the other is a plain vector, the vector is treated as a
19832 one-row matrix.
19834 @kindex H |
19835 @tindex append
19836 The @kbd{H |} (@code{calc-append}) [@code{append}] command concatenates
19837 two vectors without any special cases.  Both inputs must be vectors.
19838 Whether or not they are matrices is not taken into account.  If either
19839 argument is a scalar, the @code{append} function is left in symbolic form.
19840 See also @code{cons} and @code{rcons} below.
19842 @kindex I |
19843 @kindex H I |
19844 The @kbd{I |} and @kbd{H I |} commands are similar, but they use their
19845 two stack arguments in the opposite order.  Thus @kbd{I |} is equivalent
19846 to @kbd{@key{TAB} |}, but possibly more convenient and also a bit faster.
19848 @kindex v d
19849 @pindex calc-diag
19850 @tindex diag
19851 The @kbd{v d} (@code{calc-diag}) [@code{diag}] function builds a diagonal
19852 square matrix.  The optional numeric prefix gives the number of rows
19853 and columns in the matrix.  If the value at the top of the stack is a
19854 vector, the elements of the vector are used as the diagonal elements; the
19855 prefix, if specified, must match the size of the vector.  If the value on
19856 the stack is a scalar, it is used for each element on the diagonal, and
19857 the prefix argument is required.
19859 To build a constant square matrix, e.g., a 
19860 @texline @math{3\times3}
19861 @infoline 3x3
19862 matrix filled with ones, use @kbd{0 M-3 v d 1 +}, i.e., build a zero
19863 matrix first and then add a constant value to that matrix.  (Another
19864 alternative would be to use @kbd{v b} and @kbd{v a}; see below.)
19866 @kindex v i
19867 @pindex calc-ident
19868 @tindex idn
19869 The @kbd{v i} (@code{calc-ident}) [@code{idn}] function builds an identity
19870 matrix of the specified size.  It is a convenient form of @kbd{v d}
19871 where the diagonal element is always one.  If no prefix argument is given,
19872 this command prompts for one.
19874 In algebraic notation, @samp{idn(a,n)} acts much like @samp{diag(a,n)},
19875 except that @expr{a} is required to be a scalar (non-vector) quantity.
19876 If @expr{n} is omitted, @samp{idn(a)} represents @expr{a} times an
19877 identity matrix of unknown size.  Calc can operate algebraically on
19878 such generic identity matrices, and if one is combined with a matrix
19879 whose size is known, it is converted automatically to an identity
19880 matrix of a suitable matching size.  The @kbd{v i} command with an
19881 argument of zero creates a generic identity matrix, @samp{idn(1)}.
19882 Note that in dimensioned Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), generic
19883 identity matrices are immediately expanded to the current default
19884 dimensions.
19886 @kindex v x
19887 @pindex calc-index
19888 @tindex index
19889 The @kbd{v x} (@code{calc-index}) [@code{index}] function builds a vector
19890 of consecutive integers from 1 to @var{n}, where @var{n} is the numeric
19891 prefix argument.  If you do not provide a prefix argument, you will be
19892 prompted to enter a suitable number.  If @var{n} is negative, the result
19893 is a vector of negative integers from @var{n} to @mathit{-1}.
19895 With a prefix argument of just @kbd{C-u}, the @kbd{v x} command takes
19896 three values from the stack: @var{n}, @var{start}, and @var{incr} (with
19897 @var{incr} at top-of-stack).  Counting starts at @var{start} and increases
19898 by @var{incr} for successive vector elements.  If @var{start} or @var{n}
19899 is in floating-point format, the resulting vector elements will also be
19900 floats.  Note that @var{start} and @var{incr} may in fact be any kind
19901 of numbers or formulas.
19903 When @var{start} and @var{incr} are specified, a negative @var{n} has a
19904 different interpretation:  It causes a geometric instead of arithmetic
19905 sequence to be generated.  For example, @samp{index(-3, a, b)} produces
19906 @samp{[a, a b, a b^2]}.  If you omit @var{incr} in the algebraic form,
19907 @samp{index(@var{n}, @var{start})}, the default value for @var{incr}
19908 is one for positive @var{n} or two for negative @var{n}.
19910 @kindex v b
19911 @pindex calc-build-vector
19912 @tindex cvec
19913 The @kbd{v b} (@code{calc-build-vector}) [@code{cvec}] function builds a
19914 vector of @var{n} copies of the value on the top of the stack, where @var{n}
19915 is the numeric prefix argument.  In algebraic formulas, @samp{cvec(x,n,m)}
19916 can also be used to build an @var{n}-by-@var{m} matrix of copies of @var{x}.
19917 (Interactively, just use @kbd{v b} twice: once to build a row, then again
19918 to build a matrix of copies of that row.)
19920 @kindex v h
19921 @kindex I v h
19922 @pindex calc-head
19923 @pindex calc-tail
19924 @tindex head
19925 @tindex tail
19926 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) [@code{head}] function returns the first
19927 element of a vector.  The @kbd{I v h} (@code{calc-tail}) [@code{tail}]
19928 function returns the vector with its first element removed.  In both
19929 cases, the argument must be a non-empty vector.
19931 @kindex v k
19932 @pindex calc-cons
19933 @tindex cons
19934 The @kbd{v k} (@code{calc-cons}) [@code{cons}] function takes a value @var{h}
19935 and a vector @var{t} from the stack, and produces the vector whose head is
19936 @var{h} and whose tail is @var{t}.  This is similar to @kbd{|}, except
19937 if @var{h} is itself a vector, @kbd{|} will concatenate the two vectors
19938 whereas @code{cons} will insert @var{h} at the front of the vector @var{t}.
19940 @kindex H v h
19941 @tindex rhead
19942 @ignore
19943 @mindex @idots
19944 @end ignore
19945 @kindex H I v h
19946 @ignore
19947 @mindex @null
19948 @end ignore
19949 @kindex H v k
19950 @ignore
19951 @mindex @null
19952 @end ignore
19953 @tindex rtail
19954 @ignore
19955 @mindex @null
19956 @end ignore
19957 @tindex rcons
19958 Each of these three functions also accepts the Hyperbolic flag [@code{rhead},
19959 @code{rtail}, @code{rcons}] in which case @var{t} instead represents
19960 the @emph{last} single element of the vector, with @var{h}
19961 representing the remainder of the vector.  Thus the vector
19962 @samp{[a, b, c, d] = cons(a, [b, c, d]) = rcons([a, b, c], d)}.
19963 Also, @samp{head([a, b, c, d]) = a}, @samp{tail([a, b, c, d]) = [b, c, d]},
19964 @samp{rhead([a, b, c, d]) = [a, b, c]}, and @samp{rtail([a, b, c, d]) = d}.
19966 @node Extracting Elements, Manipulating Vectors, Building Vectors, Matrix Functions
19967 @section Extracting Vector Elements
19969 @noindent
19970 @kindex v r
19971 @pindex calc-mrow
19972 @tindex mrow
19973 The @kbd{v r} (@code{calc-mrow}) [@code{mrow}] command extracts one row of
19974 the matrix on the top of the stack, or one element of the plain vector on
19975 the top of the stack.  The row or element is specified by the numeric
19976 prefix argument; the default is to prompt for the row or element number.
19977 The matrix or vector is replaced by the specified row or element in the
19978 form of a vector or scalar, respectively.
19980 @cindex Permutations, applying
19981 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, @kbd{v r} takes the index of
19982 the element or row from the top of the stack, and the vector or matrix
19983 from the second-to-top position.  If the index is itself a vector of
19984 integers, the result is a vector of the corresponding elements of the
19985 input vector, or a matrix of the corresponding rows of the input matrix.
19986 This command can be used to obtain any permutation of a vector.
19988 With @kbd{C-u}, if the index is an interval form with integer components,
19989 it is interpreted as a range of indices and the corresponding subvector or
19990 submatrix is returned.
19992 @cindex Subscript notation
19993 @kindex a _
19994 @pindex calc-subscript
19995 @tindex subscr
19996 @tindex _
19997 Subscript notation in algebraic formulas (@samp{a_b}) stands for the
19998 Calc function @code{subscr}, which is synonymous with @code{mrow}.
19999 Thus, @samp{[x, y, z]_k} produces @expr{x}, @expr{y}, or @expr{z} if
20000 @expr{k} is one, two, or three, respectively.  A double subscript
20001 (@samp{M_i_j}, equivalent to @samp{subscr(subscr(M, i), j)}) will
20002 access the element at row @expr{i}, column @expr{j} of a matrix.
20003 The @kbd{a _} (@code{calc-subscript}) command creates a subscript
20004 formula @samp{a_b} out of two stack entries.  (It is on the @kbd{a}
20005 ``algebra'' prefix because subscripted variables are often used
20006 purely as an algebraic notation.)
20008 @tindex mrrow
20009 Given a negative prefix argument, @kbd{v r} instead deletes one row or
20010 element from the matrix or vector on the top of the stack.  Thus
20011 @kbd{C-u 2 v r} replaces a matrix with its second row, but @kbd{C-u -2 v r}
20012 replaces the matrix with the same matrix with its second row removed.
20013 In algebraic form this function is called @code{mrrow}.
20015 @tindex getdiag
20016 Given a prefix argument of zero, @kbd{v r} extracts the diagonal elements
20017 of a square matrix in the form of a vector.  In algebraic form this
20018 function is called @code{getdiag}.
20020 @kindex v c
20021 @pindex calc-mcol
20022 @tindex mcol
20023 @tindex mrcol
20024 The @kbd{v c} (@code{calc-mcol}) [@code{mcol} or @code{mrcol}] command is
20025 the analogous operation on columns of a matrix.  Given a plain vector
20026 it extracts (or removes) one element, just like @kbd{v r}.  If the
20027 index in @kbd{C-u v c} is an interval or vector and the argument is a
20028 matrix, the result is a submatrix with only the specified columns
20029 retained (and possibly permuted in the case of a vector index).
20031 To extract a matrix element at a given row and column, use @kbd{v r} to
20032 extract the row as a vector, then @kbd{v c} to extract the column element
20033 from that vector.  In algebraic formulas, it is often more convenient to
20034 use subscript notation:  @samp{m_i_j} gives row @expr{i}, column @expr{j}
20035 of matrix @expr{m}.
20037 @kindex v s
20038 @pindex calc-subvector
20039 @tindex subvec
20040 The @kbd{v s} (@code{calc-subvector}) [@code{subvec}] command extracts
20041 a subvector of a vector.  The arguments are the vector, the starting
20042 index, and the ending index, with the ending index in the top-of-stack
20043 position.  The starting index indicates the first element of the vector
20044 to take.  The ending index indicates the first element @emph{past} the
20045 range to be taken.  Thus, @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, 4)} produces
20046 the subvector @samp{[b, c]}.  You could get the same result using
20047 @samp{mrow([a, b, c, d, e], @w{[2 .. 4)})}.
20049 If either the start or the end index is zero or negative, it is
20050 interpreted as relative to the end of the vector.  Thus
20051 @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, -2)} also produces @samp{[b, c]}.  In
20052 the algebraic form, the end index can be omitted in which case it
20053 is taken as zero, i.e., elements from the starting element to the
20054 end of the vector are used.  The infinity symbol, @code{inf}, also
20055 has this effect when used as the ending index.
20057 @kindex I v s
20058 @tindex rsubvec
20059 With the Inverse flag, @kbd{I v s} [@code{rsubvec}] removes a subvector
20060 from a vector.  The arguments are interpreted the same as for the
20061 normal @kbd{v s} command.  Thus, @samp{rsubvec([a, b, c, d, e], 2, 4)}
20062 produces @samp{[a, d, e]}.  It is always true that @code{subvec} and
20063 @code{rsubvec} return complementary parts of the input vector.
20065 @xref{Selecting Subformulas}, for an alternative way to operate on
20066 vectors one element at a time.
20068 @node Manipulating Vectors, Vector and Matrix Arithmetic, Extracting Elements, Matrix Functions
20069 @section Manipulating Vectors
20071 @noindent
20072 @kindex v l
20073 @pindex calc-vlength
20074 @tindex vlen
20075 The @kbd{v l} (@code{calc-vlength}) [@code{vlen}] command computes the
20076 length of a vector.  The length of a non-vector is considered to be zero.
20077 Note that matrices are just vectors of vectors for the purposes of this
20078 command.
20080 @kindex H v l
20081 @tindex mdims
20082 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v l} [@code{mdims}] computes a vector
20083 of the dimensions of a vector, matrix, or higher-order object.  For
20084 example, @samp{mdims([[a,b,c],[d,e,f]])} returns @samp{[2, 3]} since
20085 its argument is a 
20086 @texline @math{2\times3}
20087 @infoline 2x3
20088 matrix.
20090 @kindex v f
20091 @pindex calc-vector-find
20092 @tindex find
20093 The @kbd{v f} (@code{calc-vector-find}) [@code{find}] command searches
20094 along a vector for the first element equal to a given target.  The target
20095 is on the top of the stack; the vector is in the second-to-top position.
20096 If a match is found, the result is the index of the matching element.
20097 Otherwise, the result is zero.  The numeric prefix argument, if given,
20098 allows you to select any starting index for the search.
20100 @kindex v a
20101 @pindex calc-arrange-vector
20102 @tindex arrange
20103 @cindex Arranging a matrix
20104 @cindex Reshaping a matrix
20105 @cindex Flattening a matrix
20106 The @kbd{v a} (@code{calc-arrange-vector}) [@code{arrange}] command
20107 rearranges a vector to have a certain number of columns and rows.  The
20108 numeric prefix argument specifies the number of columns; if you do not
20109 provide an argument, you will be prompted for the number of columns.
20110 The vector or matrix on the top of the stack is @dfn{flattened} into a
20111 plain vector.  If the number of columns is nonzero, this vector is
20112 then formed into a matrix by taking successive groups of @var{n} elements.
20113 If the number of columns does not evenly divide the number of elements
20114 in the vector, the last row will be short and the result will not be
20115 suitable for use as a matrix.  For example, with the matrix
20116 @samp{[[1, 2], @w{[3, 4]}]} on the stack, @kbd{v a 4} produces
20117 @samp{[[1, 2, 3, 4]]} (a 
20118 @texline @math{1\times4}
20119 @infoline 1x4
20120 matrix), @kbd{v a 1} produces @samp{[[1], [2], [3], [4]]} (a 
20121 @texline @math{4\times1}
20122 @infoline 4x1
20123 matrix), @kbd{v a 2} produces @samp{[[1, 2], [3, 4]]} (the original 
20124 @texline @math{2\times2}
20125 @infoline 2x2
20126 matrix), @w{@kbd{v a 3}} produces @samp{[[1, 2, 3], [4]]} (not a
20127 matrix), and @kbd{v a 0} produces the flattened list 
20128 @samp{[1, 2, @w{3, 4}]}.
20130 @cindex Sorting data
20131 @kindex V S
20132 @kindex I V S
20133 @pindex calc-sort
20134 @tindex sort
20135 @tindex rsort
20136 The @kbd{V S} (@code{calc-sort}) [@code{sort}] command sorts the elements of
20137 a vector into increasing order.  Real numbers, real infinities, and
20138 constant interval forms come first in this ordering; next come other
20139 kinds of numbers, then variables (in alphabetical order), then finally
20140 come formulas and other kinds of objects; these are sorted according
20141 to a kind of lexicographic ordering with the useful property that
20142 one vector is less or greater than another if the first corresponding
20143 unequal elements are less or greater, respectively.  Since quoted strings
20144 are stored by Calc internally as vectors of ASCII character codes
20145 (@pxref{Strings}), this means vectors of strings are also sorted into
20146 alphabetical order by this command.
20148 The @kbd{I V S} [@code{rsort}] command sorts a vector into decreasing order.
20150 @cindex Permutation, inverse of
20151 @cindex Inverse of permutation
20152 @cindex Index tables
20153 @cindex Rank tables
20154 @kindex V G
20155 @kindex I V G
20156 @pindex calc-grade
20157 @tindex grade
20158 @tindex rgrade
20159 The @kbd{V G} (@code{calc-grade}) [@code{grade}, @code{rgrade}] command
20160 produces an index table or permutation vector which, if applied to the
20161 input vector (as the index of @kbd{C-u v r}, say), would sort the vector.
20162 A permutation vector is just a vector of integers from 1 to @var{n}, where
20163 each integer occurs exactly once.  One application of this is to sort a
20164 matrix of data rows using one column as the sort key; extract that column,
20165 grade it with @kbd{V G}, then use the result to reorder the original matrix
20166 with @kbd{C-u v r}.  Another interesting property of the @code{V G} command
20167 is that, if the input is itself a permutation vector, the result will
20168 be the inverse of the permutation.  The inverse of an index table is
20169 a rank table, whose @var{k}th element says where the @var{k}th original
20170 vector element will rest when the vector is sorted.  To get a rank
20171 table, just use @kbd{V G V G}.
20173 With the Inverse flag, @kbd{I V G} produces an index table that would
20174 sort the input into decreasing order.  Note that @kbd{V S} and @kbd{V G}
20175 use a ``stable'' sorting algorithm, i.e., any two elements which are equal
20176 will not be moved out of their original order.  Generally there is no way
20177 to tell with @kbd{V S}, since two elements which are equal look the same,
20178 but with @kbd{V G} this can be an important issue.  In the matrix-of-rows
20179 example, suppose you have names and telephone numbers as two columns and
20180 you wish to sort by phone number primarily, and by name when the numbers
20181 are equal.  You can sort the data matrix by names first, and then again
20182 by phone numbers.  Because the sort is stable, any two rows with equal
20183 phone numbers will remain sorted by name even after the second sort.
20185 @cindex Histograms
20186 @kindex V H
20187 @pindex calc-histogram
20188 @ignore
20189 @mindex histo@idots
20190 @end ignore
20191 @tindex histogram
20192 The @kbd{V H} (@code{calc-histogram}) [@code{histogram}] command builds a
20193 histogram of a vector of numbers.  Vector elements are assumed to be
20194 integers or real numbers in the range [0..@var{n}) for some ``number of
20195 bins'' @var{n}, which is the numeric prefix argument given to the
20196 command.  The result is a vector of @var{n} counts of how many times
20197 each value appeared in the original vector.  Non-integers in the input
20198 are rounded down to integers.  Any vector elements outside the specified
20199 range are ignored.  (You can tell if elements have been ignored by noting
20200 that the counts in the result vector don't add up to the length of the
20201 input vector.)
20203 @kindex H V H
20204 With the Hyperbolic flag, @kbd{H V H} pulls two vectors from the stack.
20205 The second-to-top vector is the list of numbers as before.  The top
20206 vector is an equal-sized list of ``weights'' to attach to the elements
20207 of the data vector.  For example, if the first data element is 4.2 and
20208 the first weight is 10, then 10 will be added to bin 4 of the result
20209 vector.  Without the hyperbolic flag, every element has a weight of one.
20211 @kindex v t
20212 @pindex calc-transpose
20213 @tindex trn
20214 The @kbd{v t} (@code{calc-transpose}) [@code{trn}] command computes
20215 the transpose of the matrix at the top of the stack.  If the argument
20216 is a plain vector, it is treated as a row vector and transposed into
20217 a one-column matrix.
20219 @kindex v v
20220 @pindex calc-reverse-vector
20221 @tindex rev
20222 The @kbd{v v} (@code{calc-reverse-vector}) [@code{rev}] command reverses
20223 a vector end-for-end.  Given a matrix, it reverses the order of the rows.
20224 (To reverse the columns instead, just use @kbd{v t v v v t}.  The same
20225 principle can be used to apply other vector commands to the columns of
20226 a matrix.)
20228 @kindex v m
20229 @pindex calc-mask-vector
20230 @tindex vmask
20231 The @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector}) [@code{vmask}] command uses
20232 one vector as a mask to extract elements of another vector.  The mask
20233 is in the second-to-top position; the target vector is on the top of
20234 the stack.  These vectors must have the same length.  The result is
20235 the same as the target vector, but with all elements which correspond
20236 to zeros in the mask vector deleted.  Thus, for example,
20237 @samp{vmask([1, 0, 1, 0, 1], [a, b, c, d, e])} produces @samp{[a, c, e]}.
20238 @xref{Logical Operations}.
20240 @kindex v e
20241 @pindex calc-expand-vector
20242 @tindex vexp
20243 The @kbd{v e} (@code{calc-expand-vector}) [@code{vexp}] command
20244 expands a vector according to another mask vector.  The result is a
20245 vector the same length as the mask, but with nonzero elements replaced
20246 by successive elements from the target vector.  The length of the target
20247 vector is normally the number of nonzero elements in the mask.  If the
20248 target vector is longer, its last few elements are lost.  If the target
20249 vector is shorter, the last few nonzero mask elements are left
20250 unreplaced in the result.  Thus @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b])}
20251 produces @samp{[a, 0, b, 0, 7]}.
20253 @kindex H v e
20254 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v e} takes a filler value from the
20255 top of the stack; the mask and target vectors come from the third and
20256 second elements of the stack.  This filler is used where the mask is
20257 zero:  @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b], z)} produces
20258 @samp{[a, z, c, z, 7]}.  If the filler value is itself a vector,
20259 then successive values are taken from it, so that the effect is to
20260 interleave two vectors according to the mask:
20261 @samp{vexp([2, 0, 3, 7, 0, 0], [a, b], [x, y])} produces
20262 @samp{[a, x, b, 7, y, 0]}.
20264 Another variation on the masking idea is to combine @samp{[a, b, c, d, e]}
20265 with the mask @samp{[1, 0, 1, 0, 1]} to produce @samp{[a, 0, c, 0, e]}.
20266 You can accomplish this with @kbd{V M a &}, mapping the logical ``and''
20267 operation across the two vectors.  @xref{Logical Operations}.  Note that
20268 the @code{? :} operation also discussed there allows other types of
20269 masking using vectors.
20271 @node Vector and Matrix Arithmetic, Set Operations, Manipulating Vectors, Matrix Functions
20272 @section Vector and Matrix Arithmetic
20274 @noindent
20275 Basic arithmetic operations like addition and multiplication are defined
20276 for vectors and matrices as well as for numbers.  Division of matrices, in
20277 the sense of multiplying by the inverse, is supported.  (Division by a
20278 matrix actually uses LU-decomposition for greater accuracy and speed.)
20279 @xref{Basic Arithmetic}.
20281 The following functions are applied element-wise if their arguments are
20282 vectors or matrices: @code{change-sign}, @code{conj}, @code{arg},
20283 @code{re}, @code{im}, @code{polar}, @code{rect}, @code{clean},
20284 @code{float}, @code{frac}.  @xref{Function Index}.
20286 @kindex V J
20287 @pindex calc-conj-transpose
20288 @tindex ctrn
20289 The @kbd{V J} (@code{calc-conj-transpose}) [@code{ctrn}] command computes
20290 the conjugate transpose of its argument, i.e., @samp{conj(trn(x))}.
20292 @ignore
20293 @mindex A
20294 @end ignore
20295 @kindex A (vectors)
20296 @pindex calc-abs (vectors)
20297 @ignore
20298 @mindex abs
20299 @end ignore
20300 @tindex abs (vectors)
20301 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the
20302 Frobenius norm of a vector or matrix argument.  This is the square
20303 root of the sum of the squares of the absolute values of the
20304 elements of the vector or matrix.  If the vector is interpreted as
20305 a point in two- or three-dimensional space, this is the distance
20306 from that point to the origin.
20308 @kindex v n
20309 @pindex calc-rnorm
20310 @tindex rnorm
20311 The @kbd{v n} (@code{calc-rnorm}) [@code{rnorm}] command computes
20312 the row norm, or infinity-norm, of a vector or matrix.  For a plain
20313 vector, this is the maximum of the absolute values of the elements.
20314 For a matrix, this is the maximum of the row-absolute-value-sums,
20315 i.e., of the sums of the absolute values of the elements along the
20316 various rows.
20318 @kindex V N
20319 @pindex calc-cnorm
20320 @tindex cnorm
20321 The @kbd{V N} (@code{calc-cnorm}) [@code{cnorm}] command computes
20322 the column norm, or one-norm, of a vector or matrix.  For a plain
20323 vector, this is the sum of the absolute values of the elements.
20324 For a matrix, this is the maximum of the column-absolute-value-sums.
20325 General @expr{k}-norms for @expr{k} other than one or infinity are
20326 not provided.
20328 @kindex V C
20329 @pindex calc-cross
20330 @tindex cross
20331 The @kbd{V C} (@code{calc-cross}) [@code{cross}] command computes the
20332 right-handed cross product of two vectors, each of which must have
20333 exactly three elements.
20335 @ignore
20336 @mindex &
20337 @end ignore
20338 @kindex & (matrices)
20339 @pindex calc-inv (matrices)
20340 @ignore
20341 @mindex inv
20342 @end ignore
20343 @tindex inv (matrices)
20344 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
20345 inverse of a square matrix.  If the matrix is singular, the inverse
20346 operation is left in symbolic form.  Matrix inverses are recorded so
20347 that once an inverse (or determinant) of a particular matrix has been
20348 computed, the inverse and determinant of the matrix can be recomputed
20349 quickly in the future.
20351 If the argument to @kbd{&} is a plain number @expr{x}, this
20352 command simply computes @expr{1/x}.  This is okay, because the
20353 @samp{/} operator also does a matrix inversion when dividing one
20354 by a matrix.
20356 @kindex V D
20357 @pindex calc-mdet
20358 @tindex det
20359 The @kbd{V D} (@code{calc-mdet}) [@code{det}] command computes the
20360 determinant of a square matrix.
20362 @kindex V L
20363 @pindex calc-mlud
20364 @tindex lud
20365 The @kbd{V L} (@code{calc-mlud}) [@code{lud}] command computes the
20366 LU decomposition of a matrix.  The result is a list of three matrices
20367 which, when multiplied together left-to-right, form the original matrix.
20368 The first is a permutation matrix that arises from pivoting in the
20369 algorithm, the second is lower-triangular with ones on the diagonal,
20370 and the third is upper-triangular.
20372 @kindex V T
20373 @pindex calc-mtrace
20374 @tindex tr
20375 The @kbd{V T} (@code{calc-mtrace}) [@code{tr}] command computes the
20376 trace of a square matrix.  This is defined as the sum of the diagonal
20377 elements of the matrix.
20379 @node Set Operations, Statistical Operations, Vector and Matrix Arithmetic, Matrix Functions
20380 @section Set Operations using Vectors
20382 @noindent
20383 @cindex Sets, as vectors
20384 Calc includes several commands which interpret vectors as @dfn{sets} of
20385 objects.  A set is a collection of objects; any given object can appear
20386 only once in the set.  Calc stores sets as vectors of objects in
20387 sorted order.  Objects in a Calc set can be any of the usual things,
20388 such as numbers, variables, or formulas.  Two set elements are considered
20389 equal if they are identical, except that numerically equal numbers like
20390 the integer 4 and the float 4.0 are considered equal even though they
20391 are not ``identical.''  Variables are treated like plain symbols without
20392 attached values by the set operations; subtracting the set @samp{[b]}
20393 from @samp{[a, b]} always yields the set @samp{[a]} even though if
20394 the variables @samp{a} and @samp{b} both equaled 17, you might
20395 expect the answer @samp{[]}.
20397 If a set contains interval forms, then it is assumed to be a set of
20398 real numbers.  In this case, all set operations require the elements
20399 of the set to be only things that are allowed in intervals:  Real
20400 numbers, plus and minus infinity, HMS forms, and date forms.  If
20401 there are variables or other non-real objects present in a real set,
20402 all set operations on it will be left in unevaluated form.
20404 If the input to a set operation is a plain number or interval form
20405 @var{a}, it is treated like the one-element vector @samp{[@var{a}]}.
20406 The result is always a vector, except that if the set consists of a
20407 single interval, the interval itself is returned instead.
20409 @xref{Logical Operations}, for the @code{in} function which tests if
20410 a certain value is a member of a given set.  To test if the set @expr{A}
20411 is a subset of the set @expr{B}, use @samp{vdiff(A, B) = []}.
20413 @kindex V +
20414 @pindex calc-remove-duplicates
20415 @tindex rdup
20416 The @kbd{V +} (@code{calc-remove-duplicates}) [@code{rdup}] command
20417 converts an arbitrary vector into set notation.  It works by sorting
20418 the vector as if by @kbd{V S}, then removing duplicates.  (For example,
20419 @kbd{[a, 5, 4, a, 4.0]} is sorted to @samp{[4, 4.0, 5, a, a]} and then
20420 reduced to @samp{[4, 5, a]}).  Overlapping intervals are merged as
20421 necessary.  You rarely need to use @kbd{V +} explicitly, since all the
20422 other set-based commands apply @kbd{V +} to their inputs before using
20423 them.
20425 @kindex V V
20426 @pindex calc-set-union
20427 @tindex vunion
20428 The @kbd{V V} (@code{calc-set-union}) [@code{vunion}] command computes
20429 the union of two sets.  An object is in the union of two sets if and
20430 only if it is in either (or both) of the input sets.  (You could
20431 accomplish the same thing by concatenating the sets with @kbd{|},
20432 then using @kbd{V +}.)
20434 @kindex V ^
20435 @pindex calc-set-intersect
20436 @tindex vint
20437 The @kbd{V ^} (@code{calc-set-intersect}) [@code{vint}] command computes
20438 the intersection of two sets.  An object is in the intersection if
20439 and only if it is in both of the input sets.  Thus if the input
20440 sets are disjoint, i.e., if they share no common elements, the result
20441 will be the empty vector @samp{[]}.  Note that the characters @kbd{V}
20442 and @kbd{^} were chosen to be close to the conventional mathematical
20443 notation for set 
20444 @texline union@tie{}(@math{A \cup B})
20445 @infoline union
20446 and 
20447 @texline intersection@tie{}(@math{A \cap B}).
20448 @infoline intersection.
20450 @kindex V -
20451 @pindex calc-set-difference
20452 @tindex vdiff
20453 The @kbd{V -} (@code{calc-set-difference}) [@code{vdiff}] command computes
20454 the difference between two sets.  An object is in the difference
20455 @expr{A - B} if and only if it is in @expr{A} but not in @expr{B}.
20456 Thus subtracting @samp{[y,z]} from a set will remove the elements
20457 @samp{y} and @samp{z} if they are present.  You can also think of this
20458 as a general @dfn{set complement} operator; if @expr{A} is the set of
20459 all possible values, then @expr{A - B} is the ``complement'' of @expr{B}.
20460 Obviously this is only practical if the set of all possible values in
20461 your problem is small enough to list in a Calc vector (or simple
20462 enough to express in a few intervals).
20464 @kindex V X
20465 @pindex calc-set-xor
20466 @tindex vxor
20467 The @kbd{V X} (@code{calc-set-xor}) [@code{vxor}] command computes
20468 the ``exclusive-or,'' or ``symmetric difference'' of two sets.
20469 An object is in the symmetric difference of two sets if and only
20470 if it is in one, but @emph{not} both, of the sets.  Objects that
20471 occur in both sets ``cancel out.''
20473 @kindex V ~
20474 @pindex calc-set-complement
20475 @tindex vcompl
20476 The @kbd{V ~} (@code{calc-set-complement}) [@code{vcompl}] command
20477 computes the complement of a set with respect to the real numbers.
20478 Thus @samp{vcompl(x)} is equivalent to @samp{vdiff([-inf .. inf], x)}.
20479 For example, @samp{vcompl([2, (3 .. 4]])} evaluates to
20480 @samp{[[-inf .. 2), (2 .. 3], (4 .. inf]]}.
20482 @kindex V F
20483 @pindex calc-set-floor
20484 @tindex vfloor
20485 The @kbd{V F} (@code{calc-set-floor}) [@code{vfloor}] command
20486 reinterprets a set as a set of integers.  Any non-integer values,
20487 and intervals that do not enclose any integers, are removed.  Open
20488 intervals are converted to equivalent closed intervals.  Successive
20489 integers are converted into intervals of integers.  For example, the
20490 complement of the set @samp{[2, 6, 7, 8]} is messy, but if you wanted
20491 the complement with respect to the set of integers you could type
20492 @kbd{V ~ V F} to get @samp{[[-inf .. 1], [3 .. 5], [9 .. inf]]}.
20494 @kindex V E
20495 @pindex calc-set-enumerate
20496 @tindex venum
20497 The @kbd{V E} (@code{calc-set-enumerate}) [@code{venum}] command
20498 converts a set of integers into an explicit vector.  Intervals in
20499 the set are expanded out to lists of all integers encompassed by
20500 the intervals.  This only works for finite sets (i.e., sets which
20501 do not involve @samp{-inf} or @samp{inf}).
20503 @kindex V :
20504 @pindex calc-set-span
20505 @tindex vspan
20506 The @kbd{V :} (@code{calc-set-span}) [@code{vspan}] command converts any
20507 set of reals into an interval form that encompasses all its elements.
20508 The lower limit will be the smallest element in the set; the upper
20509 limit will be the largest element.  For an empty set, @samp{vspan([])}
20510 returns the empty interval @w{@samp{[0 .. 0)}}.
20512 @kindex V #
20513 @pindex calc-set-cardinality
20514 @tindex vcard
20515 The @kbd{V #} (@code{calc-set-cardinality}) [@code{vcard}] command counts
20516 the number of integers in a set.  The result is the length of the vector
20517 that would be produced by @kbd{V E}, although the computation is much
20518 more efficient than actually producing that vector.
20520 @cindex Sets, as binary numbers
20521 Another representation for sets that may be more appropriate in some
20522 cases is binary numbers.  If you are dealing with sets of integers
20523 in the range 0 to 49, you can use a 50-bit binary number where a
20524 particular bit is 1 if the corresponding element is in the set.
20525 @xref{Binary Functions}, for a list of commands that operate on
20526 binary numbers.  Note that many of the above set operations have
20527 direct equivalents in binary arithmetic:  @kbd{b o} (@code{calc-or}),
20528 @kbd{b a} (@code{calc-and}), @kbd{b d} (@code{calc-diff}),
20529 @kbd{b x} (@code{calc-xor}), and @kbd{b n} (@code{calc-not}),
20530 respectively.  You can use whatever representation for sets is most
20531 convenient to you.
20533 @kindex b p
20534 @kindex b u
20535 @pindex calc-pack-bits
20536 @pindex calc-unpack-bits
20537 @tindex vpack
20538 @tindex vunpack
20539 The @kbd{b u} (@code{calc-unpack-bits}) [@code{vunpack}] command
20540 converts an integer that represents a set in binary into a set
20541 in vector/interval notation.  For example, @samp{vunpack(67)}
20542 returns @samp{[[0 .. 1], 6]}.  If the input is negative, the set
20543 it represents is semi-infinite: @samp{vunpack(-4) = [2 .. inf)}.
20544 Use @kbd{V E} afterwards to expand intervals to individual
20545 values if you wish.  Note that this command uses the @kbd{b}
20546 (binary) prefix key.
20548 The @kbd{b p} (@code{calc-pack-bits}) [@code{vpack}] command
20549 converts the other way, from a vector or interval representing
20550 a set of nonnegative integers into a binary integer describing
20551 the same set.  The set may include positive infinity, but must
20552 not include any negative numbers.  The input is interpreted as a
20553 set of integers in the sense of @kbd{V F} (@code{vfloor}).  Beware
20554 that a simple input like @samp{[100]} can result in a huge integer
20555 representation 
20556 @texline (@math{2^{100}}, a 31-digit integer, in this case).
20557 @infoline (@expr{2^100}, a 31-digit integer, in this case).
20559 @node Statistical Operations, Reducing and Mapping, Set Operations, Matrix Functions
20560 @section Statistical Operations on Vectors
20562 @noindent
20563 @cindex Statistical functions
20564 The commands in this section take vectors as arguments and compute
20565 various statistical measures on the data stored in the vectors.  The
20566 references used in the definitions of these functions are Bevington's
20567 @emph{Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences},
20568 and @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky and
20569 Vetterling.
20571 The statistical commands use the @kbd{u} prefix key followed by
20572 a shifted letter or other character.
20574 @xref{Manipulating Vectors}, for a description of @kbd{V H}
20575 (@code{calc-histogram}).
20577 @xref{Curve Fitting}, for the @kbd{a F} command for doing
20578 least-squares fits to statistical data.
20580 @xref{Probability Distribution Functions}, for several common
20581 probability distribution functions.
20583 @menu
20584 * Single-Variable Statistics::
20585 * Paired-Sample Statistics::
20586 @end menu
20588 @node Single-Variable Statistics, Paired-Sample Statistics, Statistical Operations, Statistical Operations
20589 @subsection Single-Variable Statistics
20591 @noindent
20592 These functions do various statistical computations on single
20593 vectors.  Given a numeric prefix argument, they actually pop
20594 @var{n} objects from the stack and combine them into a data
20595 vector.  Each object may be either a number or a vector; if a
20596 vector, any sub-vectors inside it are ``flattened'' as if by
20597 @kbd{v a 0}; @pxref{Manipulating Vectors}.  By default one object
20598 is popped, which (in order to be useful) is usually a vector.
20600 If an argument is a variable name, and the value stored in that
20601 variable is a vector, then the stored vector is used.  This method
20602 has the advantage that if your data vector is large, you can avoid
20603 the slow process of manipulating it directly on the stack.
20605 These functions are left in symbolic form if any of their arguments
20606 are not numbers or vectors, e.g., if an argument is a formula, or
20607 a non-vector variable.  However, formulas embedded within vector
20608 arguments are accepted; the result is a symbolic representation
20609 of the computation, based on the assumption that the formula does
20610 not itself represent a vector.  All varieties of numbers such as
20611 error forms and interval forms are acceptable.
20613 Some of the functions in this section also accept a single error form
20614 or interval as an argument.  They then describe a property of the
20615 normal or uniform (respectively) statistical distribution described
20616 by the argument.  The arguments are interpreted in the same way as
20617 the @var{M} argument of the random number function @kbd{k r}.  In
20618 particular, an interval with integer limits is considered an integer
20619 distribution, so that @samp{[2 .. 6)} is the same as @samp{[2 .. 5]}.
20620 An interval with at least one floating-point limit is a continuous
20621 distribution:  @samp{[2.0 .. 6.0)} is @emph{not} the same as
20622 @samp{[2.0 .. 5.0]}!
20624 @kindex u #
20625 @pindex calc-vector-count
20626 @tindex vcount
20627 The @kbd{u #} (@code{calc-vector-count}) [@code{vcount}] command
20628 computes the number of data values represented by the inputs.
20629 For example, @samp{vcount(1, [2, 3], [[4, 5], [], x, y])} returns 7.
20630 If the argument is a single vector with no sub-vectors, this
20631 simply computes the length of the vector.
20633 @kindex u +
20634 @kindex u *
20635 @pindex calc-vector-sum
20636 @pindex calc-vector-prod
20637 @tindex vsum
20638 @tindex vprod
20639 @cindex Summations (statistical)
20640 The @kbd{u +} (@code{calc-vector-sum}) [@code{vsum}] command
20641 computes the sum of the data values.  The @kbd{u *}
20642 (@code{calc-vector-prod}) [@code{vprod}] command computes the
20643 product of the data values.  If the input is a single flat vector,
20644 these are the same as @kbd{V R +} and @kbd{V R *}
20645 (@pxref{Reducing and Mapping}).
20647 @kindex u X
20648 @kindex u N
20649 @pindex calc-vector-max
20650 @pindex calc-vector-min
20651 @tindex vmax
20652 @tindex vmin
20653 The @kbd{u X} (@code{calc-vector-max}) [@code{vmax}] command
20654 computes the maximum of the data values, and the @kbd{u N}
20655 (@code{calc-vector-min}) [@code{vmin}] command computes the minimum.
20656 If the argument is an interval, this finds the minimum or maximum
20657 value in the interval.  (Note that @samp{vmax([2..6)) = 5} as
20658 described above.)  If the argument is an error form, this returns
20659 plus or minus infinity.
20661 @kindex u M
20662 @pindex calc-vector-mean
20663 @tindex vmean
20664 @cindex Mean of data values
20665 The @kbd{u M} (@code{calc-vector-mean}) [@code{vmean}] command
20666 computes the average (arithmetic mean) of the data values.
20667 If the inputs are error forms 
20668 @texline @math{x \pm \sigma},
20669 @infoline @samp{x +/- s}, 
20670 this is the weighted mean of the @expr{x} values with weights 
20671 @texline @math{1 /\sigma^2}.
20672 @infoline @expr{1 / s^2}.
20673 @tex
20674 \turnoffactive
20675 $$ \mu = { \displaystyle \sum { x_i \over \sigma_i^2 } \over
20676            \displaystyle \sum { 1 \over \sigma_i^2 } } $$
20677 @end tex
20678 If the inputs are not error forms, this is simply the sum of the
20679 values divided by the count of the values.
20681 Note that a plain number can be considered an error form with
20682 error 
20683 @texline @math{\sigma = 0}.
20684 @infoline @expr{s = 0}.  
20685 If the input to @kbd{u M} is a mixture of
20686 plain numbers and error forms, the result is the mean of the
20687 plain numbers, ignoring all values with non-zero errors.  (By the
20688 above definitions it's clear that a plain number effectively
20689 has an infinite weight, next to which an error form with a finite
20690 weight is completely negligible.)
20692 This function also works for distributions (error forms or
20693 intervals).  The mean of an error form `@var{a} @tfn{+/-} @var{b}' is simply
20694 @expr{a}.  The mean of an interval is the mean of the minimum
20695 and maximum values of the interval.
20697 @kindex I u M
20698 @pindex calc-vector-mean-error
20699 @tindex vmeane
20700 The @kbd{I u M} (@code{calc-vector-mean-error}) [@code{vmeane}]
20701 command computes the mean of the data points expressed as an
20702 error form.  This includes the estimated error associated with
20703 the mean.  If the inputs are error forms, the error is the square
20704 root of the reciprocal of the sum of the reciprocals of the squares
20705 of the input errors.  (I.e., the variance is the reciprocal of the
20706 sum of the reciprocals of the variances.)
20707 @tex
20708 \turnoffactive
20709 $$ \sigma_\mu^2 = {1 \over \displaystyle \sum {1 \over \sigma_i^2}} $$
20710 @end tex
20711 If the inputs are plain
20712 numbers, the error is equal to the standard deviation of the values
20713 divided by the square root of the number of values.  (This works
20714 out to be equivalent to calculating the standard deviation and
20715 then assuming each value's error is equal to this standard
20716 deviation.)
20717 @tex
20718 \turnoffactive
20719 $$ \sigma_\mu^2 = {\sigma^2 \over N} $$
20720 @end tex
20722 @kindex H u M
20723 @pindex calc-vector-median
20724 @tindex vmedian
20725 @cindex Median of data values
20726 The @kbd{H u M} (@code{calc-vector-median}) [@code{vmedian}]
20727 command computes the median of the data values.  The values are
20728 first sorted into numerical order; the median is the middle
20729 value after sorting.  (If the number of data values is even,
20730 the median is taken to be the average of the two middle values.)
20731 The median function is different from the other functions in
20732 this section in that the arguments must all be real numbers;
20733 variables are not accepted even when nested inside vectors.
20734 (Otherwise it is not possible to sort the data values.)  If
20735 any of the input values are error forms, their error parts are
20736 ignored.
20738 The median function also accepts distributions.  For both normal
20739 (error form) and uniform (interval) distributions, the median is
20740 the same as the mean.
20742 @kindex H I u M
20743 @pindex calc-vector-harmonic-mean
20744 @tindex vhmean
20745 @cindex Harmonic mean
20746 The @kbd{H I u M} (@code{calc-vector-harmonic-mean}) [@code{vhmean}]
20747 command computes the harmonic mean of the data values.  This is
20748 defined as the reciprocal of the arithmetic mean of the reciprocals
20749 of the values.
20750 @tex
20751 \turnoffactive
20752 $$ { N \over \displaystyle \sum {1 \over x_i} } $$
20753 @end tex
20755 @kindex u G
20756 @pindex calc-vector-geometric-mean
20757 @tindex vgmean
20758 @cindex Geometric mean
20759 The @kbd{u G} (@code{calc-vector-geometric-mean}) [@code{vgmean}]
20760 command computes the geometric mean of the data values.  This
20761 is the @var{n}th root of the product of the values.  This is also
20762 equal to the @code{exp} of the arithmetic mean of the logarithms
20763 of the data values.
20764 @tex
20765 \turnoffactive
20766 $$ \exp \left ( \sum { \ln x_i } \right ) =
20767    \left ( \prod { x_i } \right)^{1 / N} $$
20768 @end tex
20770 @kindex H u G
20771 @tindex agmean
20772 The @kbd{H u G} [@code{agmean}] command computes the ``arithmetic-geometric
20773 mean'' of two numbers taken from the stack.  This is computed by
20774 replacing the two numbers with their arithmetic mean and geometric
20775 mean, then repeating until the two values converge.
20776 @tex
20777 \turnoffactive
20778 $$ a_{i+1} = { a_i + b_i \over 2 } , \qquad b_{i+1} = \sqrt{a_i b_i} $$
20779 @end tex
20781 @cindex Root-mean-square
20782 Another commonly used mean, the RMS (root-mean-square), can be computed
20783 for a vector of numbers simply by using the @kbd{A} command.
20785 @kindex u S
20786 @pindex calc-vector-sdev
20787 @tindex vsdev
20788 @cindex Standard deviation
20789 @cindex Sample statistics
20790 The @kbd{u S} (@code{calc-vector-sdev}) [@code{vsdev}] command
20791 computes the standard 
20792 @texline deviation@tie{}@math{\sigma}
20793 @infoline deviation
20794 of the data values.  If the values are error forms, the errors are used
20795 as weights just as for @kbd{u M}.  This is the @emph{sample} standard
20796 deviation, whose value is the square root of the sum of the squares of
20797 the differences between the values and the mean of the @expr{N} values,
20798 divided by @expr{N-1}.
20799 @tex
20800 \turnoffactive
20801 $$ \sigma^2 = {1 \over N - 1} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20802 @end tex
20804 This function also applies to distributions.  The standard deviation
20805 of a single error form is simply the error part.  The standard deviation
20806 of a continuous interval happens to equal the difference between the
20807 limits, divided by 
20808 @texline @math{\sqrt{12}}.
20809 @infoline @expr{sqrt(12)}.  
20810 The standard deviation of an integer interval is the same as the
20811 standard deviation of a vector of those integers.
20813 @kindex I u S
20814 @pindex calc-vector-pop-sdev
20815 @tindex vpsdev
20816 @cindex Population statistics
20817 The @kbd{I u S} (@code{calc-vector-pop-sdev}) [@code{vpsdev}]
20818 command computes the @emph{population} standard deviation.
20819 It is defined by the same formula as above but dividing
20820 by @expr{N} instead of by @expr{N-1}.  The population standard
20821 deviation is used when the input represents the entire set of
20822 data values in the distribution; the sample standard deviation
20823 is used when the input represents a sample of the set of all
20824 data values, so that the mean computed from the input is itself
20825 only an estimate of the true mean.
20826 @tex
20827 \turnoffactive
20828 $$ \sigma^2 = {1 \over N} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20829 @end tex
20831 For error forms and continuous intervals, @code{vpsdev} works
20832 exactly like @code{vsdev}.  For integer intervals, it computes the
20833 population standard deviation of the equivalent vector of integers.
20835 @kindex H u S
20836 @kindex H I u S
20837 @pindex calc-vector-variance
20838 @pindex calc-vector-pop-variance
20839 @tindex vvar
20840 @tindex vpvar
20841 @cindex Variance of data values
20842 The @kbd{H u S} (@code{calc-vector-variance}) [@code{vvar}] and
20843 @kbd{H I u S} (@code{calc-vector-pop-variance}) [@code{vpvar}]
20844 commands compute the variance of the data values.  The variance
20845 is the 
20846 @texline square@tie{}@math{\sigma^2}
20847 @infoline square
20848 of the standard deviation, i.e., the sum of the
20849 squares of the deviations of the data values from the mean.
20850 (This definition also applies when the argument is a distribution.)
20852 @ignore
20853 @starindex
20854 @end ignore
20855 @tindex vflat
20856 The @code{vflat} algebraic function returns a vector of its
20857 arguments, interpreted in the same way as the other functions
20858 in this section.  For example, @samp{vflat(1, [2, [3, 4]], 5)}
20859 returns @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
20861 @node Paired-Sample Statistics, , Single-Variable Statistics, Statistical Operations
20862 @subsection Paired-Sample Statistics
20864 @noindent
20865 The functions in this section take two arguments, which must be
20866 vectors of equal size.  The vectors are each flattened in the same
20867 way as by the single-variable statistical functions.  Given a numeric
20868 prefix argument of 1, these functions instead take one object from
20869 the stack, which must be an 
20870 @texline @math{N\times2}
20871 @infoline Nx2
20872 matrix of data values.  Once again, variable names can be used in place
20873 of actual vectors and matrices.
20875 @kindex u C
20876 @pindex calc-vector-covariance
20877 @tindex vcov
20878 @cindex Covariance
20879 The @kbd{u C} (@code{calc-vector-covariance}) [@code{vcov}] command
20880 computes the sample covariance of two vectors.  The covariance
20881 of vectors @var{x} and @var{y} is the sum of the products of the
20882 differences between the elements of @var{x} and the mean of @var{x}
20883 times the differences between the corresponding elements of @var{y}
20884 and the mean of @var{y}, all divided by @expr{N-1}.  Note that
20885 the variance of a vector is just the covariance of the vector
20886 with itself.  Once again, if the inputs are error forms the
20887 errors are used as weight factors.  If both @var{x} and @var{y}
20888 are composed of error forms, the error for a given data point
20889 is taken as the square root of the sum of the squares of the two
20890 input errors.
20891 @tex
20892 \turnoffactive
20893 $$ \sigma_{x\!y}^2 = {1 \over N-1} \sum (x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) $$
20894 $$ \sigma_{x\!y}^2 =
20895     {\displaystyle {1 \over N-1}
20896                    \sum {(x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) \over \sigma_i^2}
20897      \over \displaystyle {1 \over N} \sum {1 \over \sigma_i^2}}
20899 @end tex
20901 @kindex I u C
20902 @pindex calc-vector-pop-covariance
20903 @tindex vpcov
20904 The @kbd{I u C} (@code{calc-vector-pop-covariance}) [@code{vpcov}]
20905 command computes the population covariance, which is the same as the
20906 sample covariance computed by @kbd{u C} except dividing by @expr{N}
20907 instead of @expr{N-1}.
20909 @kindex H u C
20910 @pindex calc-vector-correlation
20911 @tindex vcorr
20912 @cindex Correlation coefficient
20913 @cindex Linear correlation
20914 The @kbd{H u C} (@code{calc-vector-correlation}) [@code{vcorr}]
20915 command computes the linear correlation coefficient of two vectors.
20916 This is defined by the covariance of the vectors divided by the
20917 product of their standard deviations.  (There is no difference
20918 between sample or population statistics here.)
20919 @tex
20920 \turnoffactive
20921 $$ r_{x\!y} = { \sigma_{x\!y}^2 \over \sigma_x^2 \sigma_y^2 } $$
20922 @end tex
20924 @node Reducing and Mapping, Vector and Matrix Formats, Statistical Operations, Matrix Functions
20925 @section Reducing and Mapping Vectors
20927 @noindent
20928 The commands in this section allow for more general operations on the
20929 elements of vectors.
20931 @kindex V A
20932 @pindex calc-apply
20933 @tindex apply
20934 The simplest of these operations is @kbd{V A} (@code{calc-apply})
20935 [@code{apply}], which applies a given operator to the elements of a vector.
20936 For example, applying the hypothetical function @code{f} to the vector
20937 @w{@samp{[1, 2, 3]}} would produce the function call @samp{f(1, 2, 3)}.
20938 Applying the @code{+} function to the vector @samp{[a, b]} gives
20939 @samp{a + b}.  Applying @code{+} to the vector @samp{[a, b, c]} is an
20940 error, since the @code{+} function expects exactly two arguments.
20942 While @kbd{V A} is useful in some cases, you will usually find that either
20943 @kbd{V R} or @kbd{V M}, described below, is closer to what you want.
20945 @menu
20946 * Specifying Operators::
20947 * Mapping::
20948 * Reducing::
20949 * Nesting and Fixed Points::
20950 * Generalized Products::
20951 @end menu
20953 @node Specifying Operators, Mapping, Reducing and Mapping, Reducing and Mapping
20954 @subsection Specifying Operators
20956 @noindent
20957 Commands in this section (like @kbd{V A}) prompt you to press the key
20958 corresponding to the desired operator.  Press @kbd{?} for a partial
20959 list of the available operators.  Generally, an operator is any key or
20960 sequence of keys that would normally take one or more arguments from
20961 the stack and replace them with a result.  For example, @kbd{V A H C}
20962 uses the hyperbolic cosine operator, @code{cosh}.  (Since @code{cosh}
20963 expects one argument, @kbd{V A H C} requires a vector with a single
20964 element as its argument.)
20966 You can press @kbd{x} at the operator prompt to select any algebraic
20967 function by name to use as the operator.  This includes functions you
20968 have defined yourself using the @kbd{Z F} command.  (@xref{Algebraic
20969 Definitions}.)  If you give a name for which no function has been
20970 defined, the result is left in symbolic form, as in @samp{f(1, 2, 3)}.
20971 Calc will prompt for the number of arguments the function takes if it
20972 can't figure it out on its own (say, because you named a function that
20973 is currently undefined).  It is also possible to type a digit key before
20974 the function name to specify the number of arguments, e.g.,
20975 @kbd{V M 3 x f @key{RET}} calls @code{f} with three arguments even if it
20976 looks like it ought to have only two.  This technique may be necessary
20977 if the function allows a variable number of arguments.  For example,
20978 the @kbd{v e} [@code{vexp}] function accepts two or three arguments;
20979 if you want to map with the three-argument version, you will have to
20980 type @kbd{V M 3 v e}.
20982 It is also possible to apply any formula to a vector by treating that
20983 formula as a function.  When prompted for the operator to use, press
20984 @kbd{'} (the apostrophe) and type your formula as an algebraic entry.
20985 You will then be prompted for the argument list, which defaults to a
20986 list of all variables that appear in the formula, sorted into alphabetic
20987 order.  For example, suppose you enter the formula @w{@samp{x + 2y^x}}.
20988 The default argument list would be @samp{(x y)}, which means that if
20989 this function is applied to the arguments @samp{[3, 10]} the result will
20990 be @samp{3 + 2*10^3}.  (If you plan to use a certain formula in this
20991 way often, you might consider defining it as a function with @kbd{Z F}.)
20993 Another way to specify the arguments to the formula you enter is with
20994 @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on.  For example, @kbd{V A ' $$ + 2$^$$}
20995 has the same effect as the previous example.  The argument list is
20996 automatically taken to be @samp{($$ $)}.  (The order of the arguments
20997 may seem backwards, but it is analogous to the way normal algebraic
20998 entry interacts with the stack.)
21000 If you press @kbd{$} at the operator prompt, the effect is similar to
21001 the apostrophe except that the relevant formula is taken from top-of-stack
21002 instead.  The actual vector arguments of the @kbd{V A $} or related command
21003 then start at the second-to-top stack position.  You will still be
21004 prompted for an argument list.
21006 @cindex Nameless functions
21007 @cindex Generic functions
21008 A function can be written without a name using the notation @samp{<#1 - #2>},
21009 which means ``a function of two arguments that computes the first
21010 argument minus the second argument.''  The symbols @samp{#1} and @samp{#2}
21011 are placeholders for the arguments.  You can use any names for these
21012 placeholders if you wish, by including an argument list followed by a
21013 colon:  @samp{<x, y : x - y>}.  When you type @kbd{V A ' $$ + 2$^$$ @key{RET}},
21014 Calc builds the nameless function @samp{<#1 + 2 #2^#1>} as the function
21015 to map across the vectors.  When you type @kbd{V A ' x + 2y^x @key{RET} @key{RET}},
21016 Calc builds the nameless function @w{@samp{<x, y : x + 2 y^x>}}.  In both
21017 cases, Calc also writes the nameless function to the Trail so that you
21018 can get it back later if you wish.
21020 If there is only one argument, you can write @samp{#} in place of @samp{#1}.
21021 (Note that @samp{< >} notation is also used for date forms.  Calc tells
21022 that @samp{<@var{stuff}>} is a nameless function by the presence of
21023 @samp{#} signs inside @var{stuff}, or by the fact that @var{stuff}
21024 begins with a list of variables followed by a colon.)
21026 You can type a nameless function directly to @kbd{V A '}, or put one on
21027 the stack and use it with @w{@kbd{V A $}}.  Calc will not prompt for an
21028 argument list in this case, since the nameless function specifies the
21029 argument list as well as the function itself.  In @kbd{V A '}, you can
21030 omit the @samp{< >} marks if you use @samp{#} notation for the arguments,
21031 so that @kbd{V A ' #1+#2 @key{RET}} is the same as @kbd{V A ' <#1+#2> @key{RET}},
21032 which in turn is the same as @kbd{V A ' $$+$ @key{RET}}.
21034 @cindex Lambda expressions
21035 @ignore
21036 @starindex
21037 @end ignore
21038 @tindex lambda
21039 The internal format for @samp{<x, y : x + y>} is @samp{lambda(x, y, x + y)}.
21040 (The word @code{lambda} derives from Lisp notation and the theory of
21041 functions.)  The internal format for @samp{<#1 + #2>} is @samp{lambda(ArgA,
21042 ArgB, ArgA + ArgB)}.  Note that there is no actual Calc function called
21043 @code{lambda}; the whole point is that the @code{lambda} expression is
21044 used in its symbolic form, not evaluated for an answer until it is applied
21045 to specific arguments by a command like @kbd{V A} or @kbd{V M}.
21047 (Actually, @code{lambda} does have one special property:  Its arguments
21048 are never evaluated; for example, putting @samp{<(2/3) #>} on the stack
21049 will not simplify the @samp{2/3} until the nameless function is actually
21050 called.)
21052 @tindex add
21053 @tindex sub
21054 @ignore
21055 @mindex @idots
21056 @end ignore
21057 @tindex mul
21058 @ignore
21059 @mindex @null
21060 @end ignore
21061 @tindex div
21062 @ignore
21063 @mindex @null
21064 @end ignore
21065 @tindex pow
21066 @ignore
21067 @mindex @null
21068 @end ignore
21069 @tindex neg
21070 @ignore
21071 @mindex @null
21072 @end ignore
21073 @tindex mod
21074 @ignore
21075 @mindex @null
21076 @end ignore
21077 @tindex vconcat
21078 As usual, commands like @kbd{V A} have algebraic function name equivalents.
21079 For example, @kbd{V A k g} with an argument of @samp{v} is equivalent to
21080 @samp{apply(gcd, v)}.  The first argument specifies the operator name,
21081 and is either a variable whose name is the same as the function name,
21082 or a nameless function like @samp{<#^3+1>}.  Operators that are normally
21083 written as algebraic symbols have the names @code{add}, @code{sub},
21084 @code{mul}, @code{div}, @code{pow}, @code{neg}, @code{mod}, and
21085 @code{vconcat}.
21087 @ignore
21088 @starindex
21089 @end ignore
21090 @tindex call
21091 The @code{call} function builds a function call out of several arguments:
21092 @samp{call(gcd, x, y)} is the same as @samp{apply(gcd, [x, y])}, which
21093 in turn is the same as @samp{gcd(x, y)}.  The first argument of @code{call},
21094 like the other functions described here, may be either a variable naming a
21095 function, or a nameless function (@samp{call(<#1+2#2>, x, y)} is the same
21096 as @samp{x + 2y}).
21098 (Experts will notice that it's not quite proper to use a variable to name
21099 a function, since the name @code{gcd} corresponds to the Lisp variable
21100 @code{var-gcd} but to the Lisp function @code{calcFunc-gcd}.  Calc
21101 automatically makes this translation, so you don't have to worry
21102 about it.)
21104 @node Mapping, Reducing, Specifying Operators, Reducing and Mapping
21105 @subsection Mapping
21107 @noindent
21108 @kindex V M
21109 @pindex calc-map
21110 @tindex map
21111 The @kbd{V M} (@code{calc-map}) [@code{map}] command applies a given
21112 operator elementwise to one or more vectors.  For example, mapping
21113 @code{A} [@code{abs}] produces a vector of the absolute values of the
21114 elements in the input vector.  Mapping @code{+} pops two vectors from
21115 the stack, which must be of equal length, and produces a vector of the
21116 pairwise sums of the elements.  If either argument is a non-vector, it
21117 is duplicated for each element of the other vector.  For example,
21118 @kbd{[1,2,3] 2 V M ^} squares the elements of the specified vector.
21119 With the 2 listed first, it would have computed a vector of powers of
21120 two.  Mapping a user-defined function pops as many arguments from the
21121 stack as the function requires.  If you give an undefined name, you will
21122 be prompted for the number of arguments to use.
21124 If any argument to @kbd{V M} is a matrix, the operator is normally mapped
21125 across all elements of the matrix.  For example, given the matrix
21126 @expr{[[1, -2, 3], [-4, 5, -6]]}, @kbd{V M A} takes six absolute values to
21127 produce another 
21128 @texline @math{3\times2}
21129 @infoline 3x2
21130 matrix, @expr{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.
21132 @tindex mapr
21133 The command @kbd{V M _} [@code{mapr}] (i.e., type an underscore at the
21134 operator prompt) maps by rows instead.  For example, @kbd{V M _ A} views
21135 the above matrix as a vector of two 3-element row vectors.  It produces
21136 a new vector which contains the absolute values of those row vectors,
21137 namely @expr{[3.74, 8.77]}.  (Recall, the absolute value of a vector is
21138 defined as the square root of the sum of the squares of the elements.)
21139 Some operators accept vectors and return new vectors; for example,
21140 @kbd{v v} reverses a vector, so @kbd{V M _ v v} would reverse each row
21141 of the matrix to get a new matrix, @expr{[[3, -2, 1], [-6, 5, -4]]}.
21143 Sometimes a vector of vectors (representing, say, strings, sets, or lists)
21144 happens to look like a matrix.  If so, remember to use @kbd{V M _} if you
21145 want to map a function across the whole strings or sets rather than across
21146 their individual elements.
21148 @tindex mapc
21149 The command @kbd{V M :} [@code{mapc}] maps by columns.  Basically, it
21150 transposes the input matrix, maps by rows, and then, if the result is a
21151 matrix, transposes again.  For example, @kbd{V M : A} takes the absolute
21152 values of the three columns of the matrix, treating each as a 2-vector,
21153 and @kbd{V M : v v} reverses the columns to get the matrix
21154 @expr{[[-4, 5, -6], [1, -2, 3]]}.
21156 (The symbols @kbd{_} and @kbd{:} were chosen because they had row-like
21157 and column-like appearances, and were not already taken by useful
21158 operators.  Also, they appear shifted on most keyboards so they are easy
21159 to type after @kbd{V M}.)
21161 The @kbd{_} and @kbd{:} modifiers have no effect on arguments that are
21162 not matrices (so if none of the arguments are matrices, they have no
21163 effect at all).  If some of the arguments are matrices and others are
21164 plain numbers, the plain numbers are held constant for all rows of the
21165 matrix (so that @kbd{2 V M _ ^} squares every row of a matrix; squaring
21166 a vector takes a dot product of the vector with itself).
21168 If some of the arguments are vectors with the same lengths as the
21169 rows (for @kbd{V M _}) or columns (for @kbd{V M :}) of the matrix
21170 arguments, those vectors are also held constant for every row or
21171 column.
21173 Sometimes it is useful to specify another mapping command as the operator
21174 to use with @kbd{V M}.  For example, @kbd{V M _ V A +} applies @kbd{V A +}
21175 to each row of the input matrix, which in turn adds the two values on that
21176 row.  If you give another vector-operator command as the operator for
21177 @kbd{V M}, it automatically uses map-by-rows mode if you don't specify
21178 otherwise; thus @kbd{V M V A +} is equivalent to @kbd{V M _ V A +}.  (If
21179 you really want to map-by-elements another mapping command, you can use
21180 a triple-nested mapping command:  @kbd{V M V M V A +} means to map
21181 @kbd{V M V A +} over the rows of the matrix; in turn, @kbd{V A +} is
21182 mapped over the elements of each row.)
21184 @tindex mapa
21185 @tindex mapd
21186 Previous versions of Calc had ``map across'' and ``map down'' modes
21187 that are now considered obsolete; the old ``map across'' is now simply
21188 @kbd{V M V A}, and ``map down'' is now @kbd{V M : V A}.  The algebraic
21189 functions @code{mapa} and @code{mapd} are still supported, though.
21190 Note also that, while the old mapping modes were persistent (once you
21191 set the mode, it would apply to later mapping commands until you reset
21192 it), the new @kbd{:} and @kbd{_} modifiers apply only to the current
21193 mapping command.  The default @kbd{V M} always means map-by-elements.
21195 @xref{Algebraic Manipulation}, for the @kbd{a M} command, which is like
21196 @kbd{V M} but for equations and inequalities instead of vectors.
21197 @xref{Storing Variables}, for the @kbd{s m} command which modifies a
21198 variable's stored value using a @kbd{V M}-like operator.
21200 @node Reducing, Nesting and Fixed Points, Mapping, Reducing and Mapping
21201 @subsection Reducing
21203 @noindent
21204 @kindex V R
21205 @pindex calc-reduce
21206 @tindex reduce
21207 The @kbd{V R} (@code{calc-reduce}) [@code{reduce}] command applies a given
21208 binary operator across all the elements of a vector.  A binary operator is
21209 a function such as @code{+} or @code{max} which takes two arguments.  For
21210 example, reducing @code{+} over a vector computes the sum of the elements
21211 of the vector.  Reducing @code{-} computes the first element minus each of
21212 the remaining elements.  Reducing @code{max} computes the maximum element
21213 and so on.  In general, reducing @code{f} over the vector @samp{[a, b, c, d]}
21214 produces @samp{f(f(f(a, b), c), d)}.
21216 @kindex I V R
21217 @tindex rreduce
21218 The @kbd{I V R} [@code{rreduce}] command is similar to @kbd{V R} except
21219 that works from right to left through the vector.  For example, plain
21220 @kbd{V R -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces @samp{a - b - c - d}
21221 but @kbd{I V R -} on the same vector produces @samp{a - (b - (c - d))},
21222 or @samp{a - b + c - d}.  This ``alternating sum'' occurs frequently
21223 in power series expansions.
21225 @kindex V U
21226 @tindex accum
21227 The @kbd{V U} (@code{calc-accumulate}) [@code{accum}] command does an
21228 accumulation operation.  Here Calc does the corresponding reduction
21229 operation, but instead of producing only the final result, it produces
21230 a vector of all the intermediate results.  Accumulating @code{+} over
21231 the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the vector
21232 @samp{[a, a + b, a + b + c, a + b + c + d]}.
21234 @kindex I V U
21235 @tindex raccum
21236 The @kbd{I V U} [@code{raccum}] command does a right-to-left accumulation.
21237 For example, @kbd{I V U -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the
21238 vector @samp{[a - b + c - d, b - c + d, c - d, d]}.
21240 @tindex reducea
21241 @tindex rreducea
21242 @tindex reduced
21243 @tindex rreduced
21244 As for @kbd{V M}, @kbd{V R} normally reduces a matrix elementwise.  For
21245 example, given the matrix @expr{[[a, b, c], [d, e, f]]}, @kbd{V R +} will
21246 compute @expr{a + b + c + d + e + f}.  You can type @kbd{V R _} or
21247 @kbd{V R :} to modify this behavior.  The @kbd{V R _} [@code{reducea}]
21248 command reduces ``across'' the matrix; it reduces each row of the matrix
21249 as a vector, then collects the results.  Thus @kbd{V R _ +} of this
21250 matrix would produce @expr{[a + b + c, d + e + f]}.  Similarly, @kbd{V R :}
21251 [@code{reduced}] reduces down; @kbd{V R : +} would produce @expr{[a + d,
21252 b + e, c + f]}.
21254 @tindex reducer
21255 @tindex rreducer
21256 There is a third ``by rows'' mode for reduction that is occasionally
21257 useful; @kbd{V R =} [@code{reducer}] simply reduces the operator over
21258 the rows of the matrix themselves.  Thus @kbd{V R = +} on the above
21259 matrix would get the same result as @kbd{V R : +}, since adding two
21260 row vectors is equivalent to adding their elements.  But @kbd{V R = *}
21261 would multiply the two rows (to get a single number, their dot product),
21262 while @kbd{V R : *} would produce a vector of the products of the columns.
21264 These three matrix reduction modes work with @kbd{V R} and @kbd{I V R},
21265 but they are not currently supported with @kbd{V U} or @kbd{I V U}.
21267 @tindex reducec
21268 @tindex rreducec
21269 The obsolete reduce-by-columns function, @code{reducec}, is still
21270 supported but there is no way to get it through the @kbd{V R} command.
21272 The commands @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are equivalent to typing
21273 @kbd{C-x * r} to grab a rectangle of data into Calc, and then typing
21274 @kbd{V R : +} or @kbd{V R _ +}, respectively, to sum the columns or
21275 rows of the matrix.  @xref{Grabbing From Buffers}.
21277 @node Nesting and Fixed Points, Generalized Products, Reducing, Reducing and Mapping
21278 @subsection Nesting and Fixed Points
21280 @noindent
21281 @kindex H V R
21282 @tindex nest
21283 The @kbd{H V R} [@code{nest}] command applies a function to a given
21284 argument repeatedly.  It takes two values, @samp{a} and @samp{n}, from
21285 the stack, where @samp{n} must be an integer.  It then applies the
21286 function nested @samp{n} times; if the function is @samp{f} and @samp{n}
21287 is 3, the result is @samp{f(f(f(a)))}.  The number @samp{n} may be
21288 negative if Calc knows an inverse for the function @samp{f}; for
21289 example, @samp{nest(sin, a, -2)} returns @samp{arcsin(arcsin(a))}.
21291 @kindex H V U
21292 @tindex anest
21293 The @kbd{H V U} [@code{anest}] command is an accumulating version of
21294 @code{nest}:  It returns a vector of @samp{n+1} values, e.g.,
21295 @samp{[a, f(a), f(f(a)), f(f(f(a)))]}.  If @samp{n} is negative and
21296 @samp{F} is the inverse of @samp{f}, then the result is of the
21297 form @samp{[a, F(a), F(F(a)), F(F(F(a)))]}.
21299 @kindex H I V R
21300 @tindex fixp
21301 @cindex Fixed points
21302 The @kbd{H I V R} [@code{fixp}] command is like @kbd{H V R}, except
21303 that it takes only an @samp{a} value from the stack; the function is
21304 applied until it reaches a ``fixed point,'' i.e., until the result
21305 no longer changes.
21307 @kindex H I V U
21308 @tindex afixp
21309 The @kbd{H I V U} [@code{afixp}] command is an accumulating @code{fixp}.
21310 The first element of the return vector will be the initial value @samp{a};
21311 the last element will be the final result that would have been returned
21312 by @code{fixp}.
21314 For example, 0.739085 is a fixed point of the cosine function (in radians):
21315 @samp{cos(0.739085) = 0.739085}.  You can find this value by putting, say,
21316 1.0 on the stack and typing @kbd{H I V U C}.  (We use the accumulating
21317 version so we can see the intermediate results:  @samp{[1, 0.540302, 0.857553,
21318 0.65329, ...]}.  With a precision of six, this command will take 36 steps
21319 to converge to 0.739085.)
21321 Newton's method for finding roots is a classic example of iteration
21322 to a fixed point.  To find the square root of five starting with an
21323 initial guess, Newton's method would look for a fixed point of the
21324 function @samp{(x + 5/x) / 2}.  Putting a guess of 1 on the stack
21325 and typing @kbd{H I V R ' ($ + 5/$)/2 @key{RET}} quickly yields the result
21326 2.23607.  This is equivalent to using the @kbd{a R} (@code{calc-find-root})
21327 command to find a root of the equation @samp{x^2 = 5}.
21329 These examples used numbers for @samp{a} values.  Calc keeps applying
21330 the function until two successive results are equal to within the
21331 current precision.  For complex numbers, both the real parts and the
21332 imaginary parts must be equal to within the current precision.  If
21333 @samp{a} is a formula (say, a variable name), then the function is
21334 applied until two successive results are exactly the same formula.
21335 It is up to you to ensure that the function will eventually converge;
21336 if it doesn't, you may have to press @kbd{C-g} to stop the Calculator.
21338 The algebraic @code{fixp} function takes two optional arguments, @samp{n}
21339 and @samp{tol}.  The first is the maximum number of steps to be allowed,
21340 and must be either an integer or the symbol @samp{inf} (infinity, the
21341 default).  The second is a convergence tolerance.  If a tolerance is
21342 specified, all results during the calculation must be numbers, not
21343 formulas, and the iteration stops when the magnitude of the difference
21344 between two successive results is less than or equal to the tolerance.
21345 (This implies that a tolerance of zero iterates until the results are
21346 exactly equal.)
21348 Putting it all together, @samp{fixp(<(# + A/#)/2>, B, 20, 1e-10)}
21349 computes the square root of @samp{A} given the initial guess @samp{B},
21350 stopping when the result is correct within the specified tolerance, or
21351 when 20 steps have been taken, whichever is sooner.
21353 @node Generalized Products, , Nesting and Fixed Points, Reducing and Mapping
21354 @subsection Generalized Products
21356 @kindex V O
21357 @pindex calc-outer-product
21358 @tindex outer
21359 The @kbd{V O} (@code{calc-outer-product}) [@code{outer}] command applies
21360 a given binary operator to all possible pairs of elements from two
21361 vectors, to produce a matrix.  For example, @kbd{V O *} with @samp{[a, b]}
21362 and @samp{[x, y, z]} on the stack produces a multiplication table:
21363 @samp{[[a x, a y, a z], [b x, b y, b z]]}.  Element @var{r},@var{c} of
21364 the result matrix is obtained by applying the operator to element @var{r}
21365 of the lefthand vector and element @var{c} of the righthand vector.
21367 @kindex V I
21368 @pindex calc-inner-product
21369 @tindex inner
21370 The @kbd{V I} (@code{calc-inner-product}) [@code{inner}] command computes
21371 the generalized inner product of two vectors or matrices, given a
21372 ``multiplicative'' operator and an ``additive'' operator.  These can each
21373 actually be any binary operators; if they are @samp{*} and @samp{+},
21374 respectively, the result is a standard matrix multiplication.  Element
21375 @var{r},@var{c} of the result matrix is obtained by mapping the
21376 multiplicative operator across row @var{r} of the lefthand matrix and
21377 column @var{c} of the righthand matrix, and then reducing with the additive
21378 operator.  Just as for the standard @kbd{*} command, this can also do a
21379 vector-matrix or matrix-vector inner product, or a vector-vector
21380 generalized dot product.
21382 Since @kbd{V I} requires two operators, it prompts twice.  In each case,
21383 you can use any of the usual methods for entering the operator.  If you
21384 use @kbd{$} twice to take both operator formulas from the stack, the
21385 first (multiplicative) operator is taken from the top of the stack
21386 and the second (additive) operator is taken from second-to-top.
21388 @node Vector and Matrix Formats, , Reducing and Mapping, Matrix Functions
21389 @section Vector and Matrix Display Formats
21391 @noindent
21392 Commands for controlling vector and matrix display use the @kbd{v} prefix
21393 instead of the usual @kbd{d} prefix.  But they are display modes; in
21394 particular, they are influenced by the @kbd{I} and @kbd{H} prefix keys
21395 in the same way (@pxref{Display Modes}).  Matrix display is also
21396 influenced by the @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) mode;
21397 @pxref{Normal Language Modes}.
21399 @kindex V <
21400 @pindex calc-matrix-left-justify
21401 @kindex V =
21402 @pindex calc-matrix-center-justify
21403 @kindex V >
21404 @pindex calc-matrix-right-justify
21405 The commands @kbd{v <} (@code{calc-matrix-left-justify}), @kbd{v >}
21406 (@code{calc-matrix-right-justify}), and @w{@kbd{v =}}
21407 (@code{calc-matrix-center-justify}) control whether matrix elements
21408 are justified to the left, right, or center of their columns.
21410 @kindex V [
21411 @pindex calc-vector-brackets
21412 @kindex V @{
21413 @pindex calc-vector-braces
21414 @kindex V (
21415 @pindex calc-vector-parens
21416 The @kbd{v [} (@code{calc-vector-brackets}) command turns the square
21417 brackets that surround vectors and matrices displayed in the stack on
21418 and off.  The @kbd{v @{} (@code{calc-vector-braces}) and @kbd{v (}
21419 (@code{calc-vector-parens}) commands use curly braces or parentheses,
21420 respectively, instead of square brackets.  For example, @kbd{v @{} might
21421 be used in preparation for yanking a matrix into a buffer running
21422 Mathematica.  (In fact, the Mathematica language mode uses this mode;
21423 @pxref{Mathematica Language Mode}.)  Note that, regardless of the
21424 display mode, either brackets or braces may be used to enter vectors,
21425 and parentheses may never be used for this purpose.
21427 @kindex V ]
21428 @pindex calc-matrix-brackets
21429 The @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) command controls the
21430 ``big'' style display of matrices.  It prompts for a string of code
21431 letters; currently implemented letters are @code{R}, which enables
21432 brackets on each row of the matrix; @code{O}, which enables outer
21433 brackets in opposite corners of the matrix; and @code{C}, which
21434 enables commas or semicolons at the ends of all rows but the last.
21435 The default format is @samp{RO}.  (Before Calc 2.00, the format
21436 was fixed at @samp{ROC}.)  Here are some example matrices:
21438 @example
21439 @group
21440 [ [ 123,  0,   0  ]       [ [ 123,  0,   0  ],
21441   [  0,  123,  0  ]         [  0,  123,  0  ],
21442   [  0,   0,  123 ] ]       [  0,   0,  123 ] ]
21444          RO                        ROC
21446 @end group
21447 @end example
21448 @noindent
21449 @example
21450 @group
21451   [ 123,  0,   0            [ 123,  0,   0 ;
21452      0,  123,  0               0,  123,  0 ;
21453      0,   0,  123 ]            0,   0,  123 ]
21455           O                        OC
21457 @end group
21458 @end example
21459 @noindent
21460 @example
21461 @group
21462   [ 123,  0,   0  ]           123,  0,   0
21463   [  0,  123,  0  ]            0,  123,  0
21464   [  0,   0,  123 ]            0,   0,  123
21466           R                       @r{blank}
21467 @end group
21468 @end example
21470 @noindent
21471 Note that of the formats shown here, @samp{RO}, @samp{ROC}, and
21472 @samp{OC} are all recognized as matrices during reading, while
21473 the others are useful for display only.
21475 @kindex V ,
21476 @pindex calc-vector-commas
21477 The @kbd{v ,} (@code{calc-vector-commas}) command turns commas on and
21478 off in vector and matrix display.
21480 In vectors of length one, and in all vectors when commas have been
21481 turned off, Calc adds extra parentheses around formulas that might
21482 otherwise be ambiguous.  For example, @samp{[a b]} could be a vector
21483 of the one formula @samp{a b}, or it could be a vector of two
21484 variables with commas turned off.  Calc will display the former
21485 case as @samp{[(a b)]}.  You can disable these extra parentheses
21486 (to make the output less cluttered at the expense of allowing some
21487 ambiguity) by adding the letter @code{P} to the control string you
21488 give to @kbd{v ]} (as described above).
21490 @kindex V .
21491 @pindex calc-full-vectors
21492 The @kbd{v .} (@code{calc-full-vectors}) command turns abbreviated
21493 display of long vectors on and off.  In this mode, vectors of six
21494 or more elements, or matrices of six or more rows or columns, will
21495 be displayed in an abbreviated form that displays only the first
21496 three elements and the last element:  @samp{[a, b, c, ..., z]}.
21497 When very large vectors are involved this will substantially
21498 improve Calc's display speed.
21500 @kindex t .
21501 @pindex calc-full-trail-vectors
21502 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command controls a
21503 similar mode for recording vectors in the Trail.  If you turn on
21504 this mode, vectors of six or more elements and matrices of six or
21505 more rows or columns will be abbreviated when they are put in the
21506 Trail.  The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command will be
21507 unable to recover those vectors.  If you are working with very
21508 large vectors, this mode will improve the speed of all operations
21509 that involve the trail.
21511 @kindex V /
21512 @pindex calc-break-vectors
21513 The @kbd{v /} (@code{calc-break-vectors}) command turns multi-line
21514 vector display on and off.  Normally, matrices are displayed with one
21515 row per line but all other types of vectors are displayed in a single
21516 line.  This mode causes all vectors, whether matrices or not, to be
21517 displayed with a single element per line.  Sub-vectors within the
21518 vectors will still use the normal linear form.
21520 @node Algebra, Units, Matrix Functions, Top
21521 @chapter Algebra
21523 @noindent
21524 This section covers the Calc features that help you work with
21525 algebraic formulas.  First, the general sub-formula selection
21526 mechanism is described; this works in conjunction with any Calc
21527 commands.  Then, commands for specific algebraic operations are
21528 described.  Finally, the flexible @dfn{rewrite rule} mechanism
21529 is discussed.
21531 The algebraic commands use the @kbd{a} key prefix; selection
21532 commands use the @kbd{j} (for ``just a letter that wasn't used
21533 for anything else'') prefix.
21535 @xref{Editing Stack Entries}, to see how to manipulate formulas
21536 using regular Emacs editing commands.
21538 When doing algebraic work, you may find several of the Calculator's
21539 modes to be helpful, including Algebraic Simplification mode (@kbd{m A})
21540 or No-Simplification mode (@kbd{m O}),
21541 Algebraic entry mode (@kbd{m a}), Fraction mode (@kbd{m f}), and
21542 Symbolic mode (@kbd{m s}).  @xref{Mode Settings}, for discussions
21543 of these modes.  You may also wish to select Big display mode (@kbd{d B}).
21544 @xref{Normal Language Modes}.
21546 @menu
21547 * Selecting Subformulas::
21548 * Algebraic Manipulation::
21549 * Simplifying Formulas::
21550 * Polynomials::
21551 * Calculus::
21552 * Solving Equations::
21553 * Numerical Solutions::
21554 * Curve Fitting::
21555 * Summations::
21556 * Logical Operations::
21557 * Rewrite Rules::
21558 @end menu
21560 @node Selecting Subformulas, Algebraic Manipulation, Algebra, Algebra
21561 @section Selecting Sub-Formulas
21563 @noindent
21564 @cindex Selections
21565 @cindex Sub-formulas
21566 @cindex Parts of formulas
21567 When working with an algebraic formula it is often necessary to
21568 manipulate a portion of the formula rather than the formula as a
21569 whole.  Calc allows you to ``select'' a portion of any formula on
21570 the stack.  Commands which would normally operate on that stack
21571 entry will now operate only on the sub-formula, leaving the
21572 surrounding part of the stack entry alone.
21574 One common non-algebraic use for selection involves vectors.  To work
21575 on one element of a vector in-place, simply select that element as a
21576 ``sub-formula'' of the vector.
21578 @menu
21579 * Making Selections::
21580 * Changing Selections::
21581 * Displaying Selections::
21582 * Operating on Selections::
21583 * Rearranging with Selections::
21584 @end menu
21586 @node Making Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas, Selecting Subformulas
21587 @subsection Making Selections
21589 @noindent
21590 @kindex j s
21591 @pindex calc-select-here
21592 To select a sub-formula, move the Emacs cursor to any character in that
21593 sub-formula, and press @w{@kbd{j s}} (@code{calc-select-here}).  Calc will
21594 highlight the smallest portion of the formula that contains that
21595 character.  By default the sub-formula is highlighted by blanking out
21596 all of the rest of the formula with dots.  Selection works in any
21597 display mode but is perhaps easiest in Big mode (@kbd{d B}).
21598 Suppose you enter the following formula:
21600 @smallexample
21601 @group
21602            3    ___
21603     (a + b)  + V c
21604 1:  ---------------
21605         2 x + 1
21606 @end group
21607 @end smallexample
21609 @noindent
21610 (by typing @kbd{' ((a+b)^3 + sqrt(c)) / (2x+1)}).  If you move the
21611 cursor to the letter @samp{b} and press @w{@kbd{j s}}, the display changes
21614 @smallexample
21615 @group
21616            .    ...
21617     .. . b.  . . .
21618 1*  ...............
21619         . . . .
21620 @end group
21621 @end smallexample
21623 @noindent
21624 Every character not part of the sub-formula @samp{b} has been changed
21625 to a dot.  The @samp{*} next to the line number is to remind you that
21626 the formula has a portion of it selected.  (In this case, it's very
21627 obvious, but it might not always be.  If Embedded mode is enabled,
21628 the word @samp{Sel} also appears in the mode line because the stack
21629 may not be visible.  @pxref{Embedded Mode}.)
21631 If you had instead placed the cursor on the parenthesis immediately to
21632 the right of the @samp{b}, the selection would have been:
21634 @smallexample
21635 @group
21636            .    ...
21637     (a + b)  . . .
21638 1*  ...............
21639         . . . .
21640 @end group
21641 @end smallexample
21643 @noindent
21644 The portion selected is always large enough to be considered a complete
21645 formula all by itself, so selecting the parenthesis selects the whole
21646 formula that it encloses.  Putting the cursor on the @samp{+} sign
21647 would have had the same effect.
21649 (Strictly speaking, the Emacs cursor is really the manifestation of
21650 the Emacs ``point,'' which is a position @emph{between} two characters
21651 in the buffer.  So purists would say that Calc selects the smallest
21652 sub-formula which contains the character to the right of ``point.'')
21654 If you supply a numeric prefix argument @var{n}, the selection is
21655 expanded to the @var{n}th enclosing sub-formula.  Thus, positioning
21656 the cursor on the @samp{b} and typing @kbd{C-u 1 j s} will select
21657 @samp{a + b}; typing @kbd{C-u 2 j s} will select @samp{(a + b)^3},
21658 and so on.
21660 If the cursor is not on any part of the formula, or if you give a
21661 numeric prefix that is too large, the entire formula is selected.
21663 If the cursor is on the @samp{.} line that marks the top of the stack
21664 (i.e., its normal ``rest position''), this command selects the entire
21665 formula at stack level 1.  Most selection commands similarly operate
21666 on the formula at the top of the stack if you haven't positioned the
21667 cursor on any stack entry.
21669 @kindex j a
21670 @pindex calc-select-additional
21671 The @kbd{j a} (@code{calc-select-additional}) command enlarges the
21672 current selection to encompass the cursor.  To select the smallest
21673 sub-formula defined by two different points, move to the first and
21674 press @kbd{j s}, then move to the other and press @kbd{j a}.  This
21675 is roughly analogous to using @kbd{C-@@} (@code{set-mark-command}) to
21676 select the two ends of a region of text during normal Emacs editing.
21678 @kindex j o
21679 @pindex calc-select-once
21680 The @kbd{j o} (@code{calc-select-once}) command selects a formula in
21681 exactly the same way as @kbd{j s}, except that the selection will
21682 last only as long as the next command that uses it.  For example,
21683 @kbd{j o 1 +} is a handy way to add one to the sub-formula indicated
21684 by the cursor.
21686 (A somewhat more precise definition: The @kbd{j o} command sets a flag
21687 such that the next command involving selected stack entries will clear
21688 the selections on those stack entries afterwards.  All other selection
21689 commands except @kbd{j a} and @kbd{j O} clear this flag.)
21691 @kindex j S
21692 @kindex j O
21693 @pindex calc-select-here-maybe
21694 @pindex calc-select-once-maybe
21695 The @kbd{j S} (@code{calc-select-here-maybe}) and @kbd{j O}
21696 (@code{calc-select-once-maybe}) commands are equivalent to @kbd{j s}
21697 and @kbd{j o}, respectively, except that if the formula already
21698 has a selection they have no effect.  This is analogous to the
21699 behavior of some commands such as @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection};
21700 @pxref{Selections with Rewrite Rules}) and is mainly intended to be
21701 used in keyboard macros that implement your own selection-oriented
21702 commands.
21704 Selection of sub-formulas normally treats associative terms like
21705 @samp{a + b - c + d} and @samp{x * y * z} as single levels of the formula.
21706 If you place the cursor anywhere inside @samp{a + b - c + d} except
21707 on one of the variable names and use @kbd{j s}, you will select the
21708 entire four-term sum.
21710 @kindex j b
21711 @pindex calc-break-selections
21712 The @kbd{j b} (@code{calc-break-selections}) command controls a mode
21713 in which the ``deep structure'' of these associative formulas shows
21714 through.  Calc actually stores the above formulas as @samp{((a + b) - c) + d}
21715 and @samp{x * (y * z)}.  (Note that for certain obscure reasons, Calc
21716 treats multiplication as right-associative.)  Once you have enabled
21717 @kbd{j b} mode, selecting with the cursor on the @samp{-} sign would
21718 only select the @samp{a + b - c} portion, which makes sense when the
21719 deep structure of the sum is considered.  There is no way to select
21720 the @samp{b - c + d} portion; although this might initially look
21721 like just as legitimate a sub-formula as @samp{a + b - c}, the deep
21722 structure shows that it isn't.  The @kbd{d U} command can be used
21723 to view the deep structure of any formula (@pxref{Normal Language Modes}).
21725 When @kbd{j b} mode has not been enabled, the deep structure is
21726 generally hidden by the selection commands---what you see is what
21727 you get.
21729 @kindex j u
21730 @pindex calc-unselect
21731 The @kbd{j u} (@code{calc-unselect}) command unselects the formula
21732 that the cursor is on.  If there was no selection in the formula,
21733 this command has no effect.  With a numeric prefix argument, it
21734 unselects the @var{n}th stack element rather than using the cursor
21735 position.
21737 @kindex j c
21738 @pindex calc-clear-selections
21739 The @kbd{j c} (@code{calc-clear-selections}) command unselects all
21740 stack elements.
21742 @node Changing Selections, Displaying Selections, Making Selections, Selecting Subformulas
21743 @subsection Changing Selections
21745 @noindent
21746 @kindex j m
21747 @pindex calc-select-more
21748 Once you have selected a sub-formula, you can expand it using the
21749 @w{@kbd{j m}} (@code{calc-select-more}) command.  If @samp{a + b} is
21750 selected, pressing @w{@kbd{j m}} repeatedly works as follows:
21752 @smallexample
21753 @group
21754            3    ...                3    ___                3    ___
21755     (a + b)  . . .          (a + b)  + V c          (a + b)  + V c
21756 1*  ...............     1*  ...............     1*  ---------------
21757         . . . .                 . . . .                 2 x + 1
21758 @end group
21759 @end smallexample
21761 @noindent
21762 In the last example, the entire formula is selected.  This is roughly
21763 the same as having no selection at all, but because there are subtle
21764 differences the @samp{*} character is still there on the line number.
21766 With a numeric prefix argument @var{n}, @kbd{j m} expands @var{n}
21767 times (or until the entire formula is selected).  Note that @kbd{j s}
21768 with argument @var{n} is equivalent to plain @kbd{j s} followed by
21769 @kbd{j m} with argument @var{n}.  If @w{@kbd{j m}} is used when there
21770 is no current selection, it is equivalent to @w{@kbd{j s}}.
21772 Even though @kbd{j m} does not explicitly use the location of the
21773 cursor within the formula, it nevertheless uses the cursor to determine
21774 which stack element to operate on.  As usual, @kbd{j m} when the cursor
21775 is not on any stack element operates on the top stack element.
21777 @kindex j l
21778 @pindex calc-select-less
21779 The @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) command reduces the current
21780 selection around the cursor position.  That is, it selects the
21781 immediate sub-formula of the current selection which contains the
21782 cursor, the opposite of @kbd{j m}.  If the cursor is not inside the
21783 current selection, the command de-selects the formula.
21785 @kindex j 1-9
21786 @pindex calc-select-part
21787 The @kbd{j 1} through @kbd{j 9} (@code{calc-select-part}) commands
21788 select the @var{n}th sub-formula of the current selection.  They are
21789 like @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) except they use counting
21790 rather than the cursor position to decide which sub-formula to select.
21791 For example, if the current selection is @kbd{a + b + c} or
21792 @kbd{f(a, b, c)} or @kbd{[a, b, c]}, then @kbd{j 1} selects @samp{a},
21793 @kbd{j 2} selects @samp{b}, and @kbd{j 3} selects @samp{c}; in each of
21794 these cases, @kbd{j 4} through @kbd{j 9} would be errors.
21796 If there is no current selection, @kbd{j 1} through @kbd{j 9} select
21797 the @var{n}th top-level sub-formula.  (In other words, they act as if
21798 the entire stack entry were selected first.)  To select the @var{n}th
21799 sub-formula where @var{n} is greater than nine, you must instead invoke
21800 @w{@kbd{j 1}} with @var{n} as a numeric prefix argument.
21802 @kindex j n
21803 @kindex j p
21804 @pindex calc-select-next
21805 @pindex calc-select-previous
21806 The @kbd{j n} (@code{calc-select-next}) and @kbd{j p}
21807 (@code{calc-select-previous}) commands change the current selection
21808 to the next or previous sub-formula at the same level.  For example,
21809 if @samp{b} is selected in @w{@samp{2 + a*b*c + x}}, then @kbd{j n}
21810 selects @samp{c}.  Further @kbd{j n} commands would be in error because,
21811 even though there is something to the right of @samp{c} (namely, @samp{x}),
21812 it is not at the same level; in this case, it is not a term of the
21813 same product as @samp{b} and @samp{c}.  However, @kbd{j m} (to select
21814 the whole product @samp{a*b*c} as a term of the sum) followed by
21815 @w{@kbd{j n}} would successfully select the @samp{x}.
21817 Similarly, @kbd{j p} moves the selection from the @samp{b} in this
21818 sample formula to the @samp{a}.  Both commands accept numeric prefix
21819 arguments to move several steps at a time.
21821 It is interesting to compare Calc's selection commands with the
21822 Emacs Info system's commands for navigating through hierarchically
21823 organized documentation.  Calc's @kbd{j n} command is completely
21824 analogous to Info's @kbd{n} command.  Likewise, @kbd{j p} maps to
21825 @kbd{p}, @kbd{j 2} maps to @kbd{2}, and Info's @kbd{u} is like @kbd{j m}.
21826 (Note that @kbd{j u} stands for @code{calc-unselect}, not ``up''.)
21827 The Info @kbd{m} command is somewhat similar to Calc's @kbd{j s} and
21828 @kbd{j l}; in each case, you can jump directly to a sub-component
21829 of the hierarchy simply by pointing to it with the cursor.
21831 @node Displaying Selections, Operating on Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas
21832 @subsection Displaying Selections
21834 @noindent
21835 @kindex j d
21836 @pindex calc-show-selections
21837 The @kbd{j d} (@code{calc-show-selections}) command controls how
21838 selected sub-formulas are displayed.  One of the alternatives is
21839 illustrated in the above examples; if we press @kbd{j d} we switch
21840 to the other style in which the selected portion itself is obscured
21841 by @samp{#} signs:
21843 @smallexample
21844 @group
21845            3    ...                  #    ___
21846     (a + b)  . . .            ## # ##  + V c
21847 1*  ...............       1*  ---------------
21848         . . . .                   2 x + 1
21849 @end group
21850 @end smallexample
21852 @node Operating on Selections, Rearranging with Selections, Displaying Selections, Selecting Subformulas
21853 @subsection Operating on Selections
21855 @noindent
21856 Once a selection is made, all Calc commands that manipulate items
21857 on the stack will operate on the selected portions of the items
21858 instead.  (Note that several stack elements may have selections
21859 at once, though there can be only one selection at a time in any
21860 given stack element.)
21862 @kindex j e
21863 @pindex calc-enable-selections
21864 The @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command disables the
21865 effect that selections have on Calc commands.  The current selections
21866 still exist, but Calc commands operate on whole stack elements anyway.
21867 This mode can be identified by the fact that the @samp{*} markers on
21868 the line numbers are gone, even though selections are visible.  To
21869 reactivate the selections, press @kbd{j e} again.
21871 To extract a sub-formula as a new formula, simply select the
21872 sub-formula and press @key{RET}.  This normally duplicates the top
21873 stack element; here it duplicates only the selected portion of that
21874 element.
21876 To replace a sub-formula with something different, you can enter the
21877 new value onto the stack and press @key{TAB}.  This normally exchanges
21878 the top two stack elements; here it swaps the value you entered into
21879 the selected portion of the formula, returning the old selected
21880 portion to the top of the stack.
21882 @smallexample
21883 @group
21884            3    ...                    ...                    ___
21885     (a + b)  . . .           17 x y . . .           17 x y + V c
21886 2*  ...............      2*  .............      2:  -------------
21887         . . . .                 . . . .                2 x + 1
21889                                     3                      3
21890 1:  17 x y               1:  (a + b)            1:  (a + b)
21891 @end group
21892 @end smallexample
21894 In this example we select a sub-formula of our original example,
21895 enter a new formula, @key{TAB} it into place, then deselect to see
21896 the complete, edited formula.
21898 If you want to swap whole formulas around even though they contain
21899 selections, just use @kbd{j e} before and after.
21901 @kindex j '
21902 @pindex calc-enter-selection
21903 The @kbd{j '} (@code{calc-enter-selection}) command is another way
21904 to replace a selected sub-formula.  This command does an algebraic
21905 entry just like the regular @kbd{'} key.  When you press @key{RET},
21906 the formula you type replaces the original selection.  You can use
21907 the @samp{$} symbol in the formula to refer to the original
21908 selection.  If there is no selection in the formula under the cursor,
21909 the cursor is used to make a temporary selection for the purposes of
21910 the command.  Thus, to change a term of a formula, all you have to
21911 do is move the Emacs cursor to that term and press @kbd{j '}.
21913 @kindex j `
21914 @pindex calc-edit-selection
21915 The @kbd{j `} (@code{calc-edit-selection}) command is a similar
21916 analogue of the @kbd{`} (@code{calc-edit}) command.  It edits the
21917 selected sub-formula in a separate buffer.  If there is no
21918 selection, it edits the sub-formula indicated by the cursor.
21920 To delete a sub-formula, press @key{DEL}.  This generally replaces
21921 the sub-formula with the constant zero, but in a few suitable contexts
21922 it uses the constant one instead.  The @key{DEL} key automatically
21923 deselects and re-simplifies the entire formula afterwards.  Thus:
21925 @smallexample
21926 @group
21927               ###
21928     17 x y + # #          17 x y         17 # y          17 y
21929 1*  -------------     1:  -------    1*  -------    1:  -------
21930        2 x + 1            2 x + 1        2 x + 1        2 x + 1
21931 @end group
21932 @end smallexample
21934 In this example, we first delete the @samp{sqrt(c)} term; Calc
21935 accomplishes this by replacing @samp{sqrt(c)} with zero and
21936 resimplifying.  We then delete the @kbd{x} in the numerator;
21937 since this is part of a product, Calc replaces it with @samp{1}
21938 and resimplifies.
21940 If you select an element of a vector and press @key{DEL}, that
21941 element is deleted from the vector.  If you delete one side of
21942 an equation or inequality, only the opposite side remains.
21944 @kindex j @key{DEL}
21945 @pindex calc-del-selection
21946 The @kbd{j @key{DEL}} (@code{calc-del-selection}) command is like
21947 @key{DEL} but with the auto-selecting behavior of @kbd{j '} and
21948 @kbd{j `}.  It deletes the selected portion of the formula
21949 indicated by the cursor, or, in the absence of a selection, it
21950 deletes the sub-formula indicated by the cursor position.
21952 @kindex j @key{RET}
21953 @pindex calc-grab-selection
21954 (There is also an auto-selecting @kbd{j @key{RET}} (@code{calc-copy-selection})
21955 command.)
21957 Normal arithmetic operations also apply to sub-formulas.  Here we
21958 select the denominator, press @kbd{5 -} to subtract five from the
21959 denominator, press @kbd{n} to negate the denominator, then
21960 press @kbd{Q} to take the square root.
21962 @smallexample
21963 @group
21964      .. .           .. .           .. .             .. .
21965 1*  .......    1*  .......    1*  .......    1*  ..........
21966     2 x + 1        2 x - 4        4 - 2 x         _________
21967                                                  V 4 - 2 x
21968 @end group
21969 @end smallexample
21971 Certain types of operations on selections are not allowed.  For
21972 example, for an arithmetic function like @kbd{-} no more than one of
21973 the arguments may be a selected sub-formula.  (As the above example
21974 shows, the result of the subtraction is spliced back into the argument
21975 which had the selection; if there were more than one selection involved,
21976 this would not be well-defined.)  If you try to subtract two selections,
21977 the command will abort with an error message.
21979 Operations on sub-formulas sometimes leave the formula as a whole
21980 in an ``un-natural'' state.  Consider negating the @samp{2 x} term
21981 of our sample formula by selecting it and pressing @kbd{n}
21982 (@code{calc-change-sign}).
21984 @smallexample
21985 @group
21986        .. .                .. .
21987 1*  ..........      1*  ...........
21988      .........           ..........
21989     . . . 2 x           . . . -2 x
21990 @end group
21991 @end smallexample
21993 Unselecting the sub-formula reveals that the minus sign, which would
21994 normally have cancelled out with the subtraction automatically, has
21995 not been able to do so because the subtraction was not part of the
21996 selected portion.  Pressing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) or doing
21997 any other mathematical operation on the whole formula will cause it
21998 to be simplified.
22000 @smallexample
22001 @group
22002        17 y                17 y
22003 1:  -----------     1:  ----------
22004      __________          _________
22005     V 4 - -2 x          V 4 + 2 x
22006 @end group
22007 @end smallexample
22009 @node Rearranging with Selections, , Operating on Selections, Selecting Subformulas
22010 @subsection Rearranging Formulas using Selections
22012 @noindent
22013 @kindex j R
22014 @pindex calc-commute-right
22015 The @kbd{j R} (@code{calc-commute-right}) command moves the selected
22016 sub-formula to the right in its surrounding formula.  Generally the
22017 selection is one term of a sum or product; the sum or product is
22018 rearranged according to the commutative laws of algebra.
22020 As with @kbd{j '} and @kbd{j @key{DEL}}, the term under the cursor is used
22021 if there is no selection in the current formula.  All commands described
22022 in this section share this property.  In this example, we place the
22023 cursor on the @samp{a} and type @kbd{j R}, then repeat.
22025 @smallexample
22026 1:  a + b - c          1:  b + a - c          1:  b - c + a
22027 @end smallexample
22029 @noindent
22030 Note that in the final step above, the @samp{a} is switched with
22031 the @samp{c} but the signs are adjusted accordingly.  When moving
22032 terms of sums and products, @kbd{j R} will never change the
22033 mathematical meaning of the formula.
22035 The selected term may also be an element of a vector or an argument
22036 of a function.  The term is exchanged with the one to its right.
22037 In this case, the ``meaning'' of the vector or function may of
22038 course be drastically changed.
22040 @smallexample
22041 1:  [a, b, c]          1:  [b, a, c]          1:  [b, c, a]
22043 1:  f(a, b, c)         1:  f(b, a, c)         1:  f(b, c, a)
22044 @end smallexample
22046 @kindex j L
22047 @pindex calc-commute-left
22048 The @kbd{j L} (@code{calc-commute-left}) command is like @kbd{j R}
22049 except that it swaps the selected term with the one to its left.
22051 With numeric prefix arguments, these commands move the selected
22052 term several steps at a time.  It is an error to try to move a
22053 term left or right past the end of its enclosing formula.
22054 With numeric prefix arguments of zero, these commands move the
22055 selected term as far as possible in the given direction.
22057 @kindex j D
22058 @pindex calc-sel-distribute
22059 The @kbd{j D} (@code{calc-sel-distribute}) command mixes the selected
22060 sum or product into the surrounding formula using the distributive
22061 law.  For example, in @samp{a * (b - c)} with the @samp{b - c}
22062 selected, the result is @samp{a b - a c}.  This also distributes
22063 products or quotients into surrounding powers, and can also do
22064 transformations like @samp{exp(a + b)} to @samp{exp(a) exp(b)},
22065 where @samp{a + b} is the selected term, and @samp{ln(a ^ b)}
22066 to @samp{ln(a) b}, where @samp{a ^ b} is the selected term.
22068 For multiple-term sums or products, @kbd{j D} takes off one term
22069 at a time:  @samp{a * (b + c - d)} goes to @samp{a * (c - d) + a b}
22070 with the @samp{c - d} selected so that you can type @kbd{j D}
22071 repeatedly to expand completely.  The @kbd{j D} command allows a
22072 numeric prefix argument which specifies the maximum number of
22073 times to expand at once; the default is one time only.
22075 @vindex DistribRules
22076 The @kbd{j D} command is implemented using rewrite rules.
22077 @xref{Selections with Rewrite Rules}.  The rules are stored in
22078 the Calc variable @code{DistribRules}.  A convenient way to view
22079 these rules is to use @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) which
22080 displays and edits the stored value of a variable.  Press @kbd{C-c C-c}
22081 to return from editing mode; be careful not to make any actual changes
22082 or else you will affect the behavior of future @kbd{j D} commands!
22084 To extend @kbd{j D} to handle new cases, just edit @code{DistribRules}
22085 as described above.  You can then use the @kbd{s p} command to save
22086 this variable's value permanently for future Calc sessions.
22087 @xref{Operations on Variables}.
22089 @kindex j M
22090 @pindex calc-sel-merge
22091 @vindex MergeRules
22092 The @kbd{j M} (@code{calc-sel-merge}) command is the complement
22093 of @kbd{j D}; given @samp{a b - a c} with either @samp{a b} or
22094 @samp{a c} selected, the result is @samp{a * (b - c)}.  Once
22095 again, @kbd{j M} can also merge calls to functions like @code{exp}
22096 and @code{ln}; examine the variable @code{MergeRules} to see all
22097 the relevant rules.
22099 @kindex j C
22100 @pindex calc-sel-commute
22101 @vindex CommuteRules
22102 The @kbd{j C} (@code{calc-sel-commute}) command swaps the arguments
22103 of the selected sum, product, or equation.  It always behaves as
22104 if @kbd{j b} mode were in effect, i.e., the sum @samp{a + b + c} is
22105 treated as the nested sums @samp{(a + b) + c} by this command.
22106 If you put the cursor on the first @samp{+}, the result is
22107 @samp{(b + a) + c}; if you put the cursor on the second @samp{+}, the
22108 result is @samp{c + (a + b)} (which the default simplifications
22109 will rearrange to @samp{(c + a) + b}).  The relevant rules are stored
22110 in the variable @code{CommuteRules}.
22112 You may need to turn default simplifications off (with the @kbd{m O}
22113 command) in order to get the full benefit of @kbd{j C}.  For example,
22114 commuting @samp{a - b} produces @samp{-b + a}, but the default
22115 simplifications will ``simplify'' this right back to @samp{a - b} if
22116 you don't turn them off.  The same is true of some of the other
22117 manipulations described in this section.
22119 @kindex j N
22120 @pindex calc-sel-negate
22121 @vindex NegateRules
22122 The @kbd{j N} (@code{calc-sel-negate}) command replaces the selected
22123 term with the negative of that term, then adjusts the surrounding
22124 formula in order to preserve the meaning.  For example, given
22125 @samp{exp(a - b)} where @samp{a - b} is selected, the result is
22126 @samp{1 / exp(b - a)}.  By contrast, selecting a term and using the
22127 regular @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the
22128 term without adjusting the surroundings, thus changing the meaning
22129 of the formula as a whole.  The rules variable is @code{NegateRules}.
22131 @kindex j &
22132 @pindex calc-sel-invert
22133 @vindex InvertRules
22134 The @kbd{j &} (@code{calc-sel-invert}) command is similar to @kbd{j N}
22135 except it takes the reciprocal of the selected term.  For example,
22136 given @samp{a - ln(b)} with @samp{b} selected, the result is
22137 @samp{a + ln(1/b)}.  The rules variable is @code{InvertRules}.
22139 @kindex j E
22140 @pindex calc-sel-jump-equals
22141 @vindex JumpRules
22142 The @kbd{j E} (@code{calc-sel-jump-equals}) command moves the
22143 selected term from one side of an equation to the other.  Given
22144 @samp{a + b = c + d} with @samp{c} selected, the result is
22145 @samp{a + b - c = d}.  This command also works if the selected
22146 term is part of a @samp{*}, @samp{/}, or @samp{^} formula.  The
22147 relevant rules variable is @code{JumpRules}.
22149 @kindex j I
22150 @kindex H j I
22151 @pindex calc-sel-isolate
22152 The @kbd{j I} (@code{calc-sel-isolate}) command isolates the
22153 selected term on its side of an equation.  It uses the @kbd{a S}
22154 (@code{calc-solve-for}) command to solve the equation, and the
22155 Hyperbolic flag affects it in the same way.  @xref{Solving Equations}.
22156 When it applies, @kbd{j I} is often easier to use than @kbd{j E}.
22157 It understands more rules of algebra, and works for inequalities
22158 as well as equations.
22160 @kindex j *
22161 @kindex j /
22162 @pindex calc-sel-mult-both-sides
22163 @pindex calc-sel-div-both-sides
22164 The @kbd{j *} (@code{calc-sel-mult-both-sides}) command prompts for a
22165 formula using algebraic entry, then multiplies both sides of the
22166 selected quotient or equation by that formula.  It simplifies each
22167 side with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) before re-forming the
22168 quotient or equation.  You can suppress this simplification by
22169 providing any numeric prefix argument.  There is also a @kbd{j /}
22170 (@code{calc-sel-div-both-sides}) which is similar to @kbd{j *} but
22171 dividing instead of multiplying by the factor you enter.
22173 As a special feature, if the numerator of the quotient is 1, then
22174 the denominator is expanded at the top level using the distributive
22175 law (i.e., using the @kbd{C-u -1 a x} command).  Suppose the
22176 formula on the stack is @samp{1 / (sqrt(a) + 1)}, and you wish
22177 to eliminate the square root in the denominator by multiplying both
22178 sides by @samp{sqrt(a) - 1}.  Calc's default simplifications would
22179 change the result @samp{(sqrt(a) - 1) / (sqrt(a) - 1) (sqrt(a) + 1)}
22180 right back to the original form by cancellation; Calc expands the
22181 denominator to @samp{sqrt(a) (sqrt(a) - 1) + sqrt(a) - 1} to prevent
22182 this.  (You would now want to use an @kbd{a x} command to expand
22183 the rest of the way, whereupon the denominator would cancel out to
22184 the desired form, @samp{a - 1}.)  When the numerator is not 1, this
22185 initial expansion is not necessary because Calc's default
22186 simplifications will not notice the potential cancellation.
22188 If the selection is an inequality, @kbd{j *} and @kbd{j /} will
22189 accept any factor, but will warn unless they can prove the factor
22190 is either positive or negative.  (In the latter case the direction
22191 of the inequality will be switched appropriately.)  @xref{Declarations},
22192 for ways to inform Calc that a given variable is positive or
22193 negative.  If Calc can't tell for sure what the sign of the factor
22194 will be, it will assume it is positive and display a warning
22195 message.
22197 For selections that are not quotients, equations, or inequalities,
22198 these commands pull out a multiplicative factor:  They divide (or
22199 multiply) by the entered formula, simplify, then multiply (or divide)
22200 back by the formula.
22202 @kindex j +
22203 @kindex j -
22204 @pindex calc-sel-add-both-sides
22205 @pindex calc-sel-sub-both-sides
22206 The @kbd{j +} (@code{calc-sel-add-both-sides}) and @kbd{j -}
22207 (@code{calc-sel-sub-both-sides}) commands analogously add to or
22208 subtract from both sides of an equation or inequality.  For other
22209 types of selections, they extract an additive factor.  A numeric
22210 prefix argument suppresses simplification of the intermediate
22211 results.
22213 @kindex j U
22214 @pindex calc-sel-unpack
22215 The @kbd{j U} (@code{calc-sel-unpack}) command replaces the
22216 selected function call with its argument.  For example, given
22217 @samp{a + sin(x^2)} with @samp{sin(x^2)} selected, the result
22218 is @samp{a + x^2}.  (The @samp{x^2} will remain selected; if you
22219 wanted to change the @code{sin} to @code{cos}, just press @kbd{C}
22220 now to take the cosine of the selected part.)
22222 @kindex j v
22223 @pindex calc-sel-evaluate
22224 The @kbd{j v} (@code{calc-sel-evaluate}) command performs the
22225 normal default simplifications on the selected sub-formula.
22226 These are the simplifications that are normally done automatically
22227 on all results, but which may have been partially inhibited by
22228 previous selection-related operations, or turned off altogether
22229 by the @kbd{m O} command.  This command is just an auto-selecting
22230 version of the @w{@kbd{a v}} command (@pxref{Algebraic Manipulation}).
22232 With a numeric prefix argument of 2, @kbd{C-u 2 j v} applies
22233 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command to the selected
22234 sub-formula.  With a prefix argument of 3 or more, e.g., @kbd{C-u j v}
22235 applies the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) command.
22236 @xref{Simplifying Formulas}.  With a negative prefix argument
22237 it simplifies at the top level only, just as with @kbd{a v}.
22238 Here the ``top'' level refers to the top level of the selected
22239 sub-formula.
22241 @kindex j "
22242 @pindex calc-sel-expand-formula
22243 The @kbd{j "} (@code{calc-sel-expand-formula}) command is to @kbd{a "}
22244 (@pxref{Algebraic Manipulation}) what @kbd{j v} is to @kbd{a v}.
22246 You can use the @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command
22247 to define other algebraic operations on sub-formulas.  @xref{Rewrite Rules}.
22249 @node Algebraic Manipulation, Simplifying Formulas, Selecting Subformulas, Algebra
22250 @section Algebraic Manipulation
22252 @noindent
22253 The commands in this section perform general-purpose algebraic
22254 manipulations.  They work on the whole formula at the top of the
22255 stack (unless, of course, you have made a selection in that
22256 formula).
22258 Many algebra commands prompt for a variable name or formula.  If you
22259 answer the prompt with a blank line, the variable or formula is taken
22260 from top-of-stack, and the normal argument for the command is taken
22261 from the second-to-top stack level.
22263 @kindex a v
22264 @pindex calc-alg-evaluate
22265 The @kbd{a v} (@code{calc-alg-evaluate}) command performs the normal
22266 default simplifications on a formula; for example, @samp{a - -b} is
22267 changed to @samp{a + b}.  These simplifications are normally done
22268 automatically on all Calc results, so this command is useful only if
22269 you have turned default simplifications off with an @kbd{m O}
22270 command.  @xref{Simplification Modes}.
22272 It is often more convenient to type @kbd{=}, which is like @kbd{a v}
22273 but which also substitutes stored values for variables in the formula.
22274 Use @kbd{a v} if you want the variables to ignore their stored values.
22276 If you give a numeric prefix argument of 2 to @kbd{a v}, it simplifies
22277 as if in Algebraic Simplification mode.  This is equivalent to typing
22278 @kbd{a s}; @pxref{Simplifying Formulas}.  If you give a numeric prefix
22279 of 3 or more, it uses Extended Simplification mode (@kbd{a e}).
22281 If you give a negative prefix argument @mathit{-1}, @mathit{-2}, or @mathit{-3},
22282 it simplifies in the corresponding mode but only works on the top-level
22283 function call of the formula.  For example, @samp{(2 + 3) * (2 + 3)} will
22284 simplify to @samp{(2 + 3)^2}, without simplifying the sub-formulas
22285 @samp{2 + 3}.  As another example, typing @kbd{V R +} to sum the vector
22286 @samp{[1, 2, 3, 4]} produces the formula @samp{reduce(add, [1, 2, 3, 4])}
22287 in No-Simplify mode.  Using @kbd{a v} will evaluate this all the way to
22288 10; using @kbd{C-u - a v} will evaluate it only to @samp{1 + 2 + 3 + 4}.
22289 (@xref{Reducing and Mapping}.)
22291 @tindex evalv
22292 @tindex evalvn
22293 The @kbd{=} command corresponds to the @code{evalv} function, and
22294 the related @kbd{N} command, which is like @kbd{=} but temporarily
22295 disables Symbolic mode (@kbd{m s}) during the evaluation, corresponds
22296 to the @code{evalvn} function.  (These commands interpret their prefix
22297 arguments differently than @kbd{a v}; @kbd{=} treats the prefix as
22298 the number of stack elements to evaluate at once, and @kbd{N} treats
22299 it as a temporary different working precision.)
22301 The @code{evalvn} function can take an alternate working precision
22302 as an optional second argument.  This argument can be either an
22303 integer, to set the precision absolutely, or a vector containing
22304 a single integer, to adjust the precision relative to the current
22305 precision.  Note that @code{evalvn} with a larger than current
22306 precision will do the calculation at this higher precision, but the
22307 result will as usual be rounded back down to the current precision
22308 afterward.  For example, @samp{evalvn(pi - 3.1415)} at a precision
22309 of 12 will return @samp{9.265359e-5}; @samp{evalvn(pi - 3.1415, 30)}
22310 will return @samp{9.26535897932e-5} (computing a 25-digit result which
22311 is then rounded down to 12); and @samp{evalvn(pi - 3.1415, [-2])}
22312 will return @samp{9.2654e-5}.
22314 @kindex a "
22315 @pindex calc-expand-formula
22316 The @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}) command expands functions
22317 into their defining formulas wherever possible.  For example,
22318 @samp{deg(x^2)} is changed to @samp{180 x^2 / pi}.  Most functions,
22319 like @code{sin} and @code{gcd}, are not defined by simple formulas
22320 and so are unaffected by this command.  One important class of
22321 functions which @emph{can} be expanded is the user-defined functions
22322 created by the @kbd{Z F} command.  @xref{Algebraic Definitions}.
22323 Other functions which @kbd{a "} can expand include the probability
22324 distribution functions, most of the financial functions, and the
22325 hyperbolic and inverse hyperbolic functions.  A numeric prefix argument
22326 affects @kbd{a "} in the same way as it does @kbd{a v}:  A positive
22327 argument expands all functions in the formula and then simplifies in
22328 various ways; a negative argument expands and simplifies only the
22329 top-level function call.
22331 @kindex a M
22332 @pindex calc-map-equation
22333 @tindex mapeq
22334 The @kbd{a M} (@code{calc-map-equation}) [@code{mapeq}] command applies
22335 a given function or operator to one or more equations.  It is analogous
22336 to @kbd{V M}, which operates on vectors instead of equations.
22337 @pxref{Reducing and Mapping}.  For example, @kbd{a M S} changes
22338 @samp{x = y+1} to @samp{sin(x) = sin(y+1)}, and @kbd{a M +} with
22339 @samp{x = y+1} and @expr{6} on the stack produces @samp{x+6 = y+7}.
22340 With two equations on the stack, @kbd{a M +} would add the lefthand
22341 sides together and the righthand sides together to get the two
22342 respective sides of a new equation.
22344 Mapping also works on inequalities.  Mapping two similar inequalities
22345 produces another inequality of the same type.  Mapping an inequality
22346 with an equation produces an inequality of the same type.  Mapping a
22347 @samp{<=} with a @samp{<} or @samp{!=} (not-equal) produces a @samp{<}.
22348 If inequalities with opposite direction (e.g., @samp{<} and @samp{>})
22349 are mapped, the direction of the second inequality is reversed to
22350 match the first:  Using @kbd{a M +} on @samp{a < b} and @samp{a > 2}
22351 reverses the latter to get @samp{2 < a}, which then allows the
22352 combination @samp{a + 2 < b + a}, which the @kbd{a s} command can
22353 then simplify to get @samp{2 < b}.
22355 Using @kbd{a M *}, @kbd{a M /}, @kbd{a M n}, or @kbd{a M &} to negate
22356 or invert an inequality will reverse the direction of the inequality.
22357 Other adjustments to inequalities are @emph{not} done automatically;
22358 @kbd{a M S} will change @w{@samp{x < y}} to @samp{sin(x) < sin(y)} even
22359 though this is not true for all values of the variables.
22361 @kindex H a M
22362 @tindex mapeqp
22363 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a M} [@code{mapeqp}] does a plain
22364 mapping operation without reversing the direction of any inequalities.
22365 Thus, @kbd{H a M &} would change @kbd{x > 2} to @kbd{1/x > 0.5}.
22366 (This change is mathematically incorrect, but perhaps you were
22367 fixing an inequality which was already incorrect.)
22369 @kindex I a M
22370 @tindex mapeqr
22371 With the Inverse flag, @kbd{I a M} [@code{mapeqr}] always reverses
22372 the direction of the inequality.  You might use @kbd{I a M C} to
22373 change @samp{x < y} to @samp{cos(x) > cos(y)} if you know you are
22374 working with small positive angles.
22376 @kindex a b
22377 @pindex calc-substitute
22378 @tindex subst
22379 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) [@code{subst}] command substitutes
22380 all occurrences
22381 of some variable or sub-expression of an expression with a new
22382 sub-expression.  For example, substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(y)}
22383 in @samp{2 sin(x)^2 + x sin(x) + sin(2 x)} produces
22384 @samp{2 cos(y)^2 + x cos(y) + @w{sin(2 x)}}.
22385 Note that this is a purely structural substitution; the lone @samp{x} and
22386 the @samp{sin(2 x)} stayed the same because they did not look like
22387 @samp{sin(x)}.  @xref{Rewrite Rules}, for a more general method for
22388 doing substitutions.
22390 The @kbd{a b} command normally prompts for two formulas, the old
22391 one and the new one.  If you enter a blank line for the first
22392 prompt, all three arguments are taken from the stack (new, then old,
22393 then target expression).  If you type an old formula but then enter a
22394 blank line for the new one, the new formula is taken from top-of-stack
22395 and the target from second-to-top.  If you answer both prompts, the
22396 target is taken from top-of-stack as usual.
22398 Note that @kbd{a b} has no understanding of commutativity or
22399 associativity.  The pattern @samp{x+y} will not match the formula
22400 @samp{y+x}.  Also, @samp{y+z} will not match inside the formula @samp{x+y+z}
22401 because the @samp{+} operator is left-associative, so the ``deep
22402 structure'' of that formula is @samp{(x+y) + z}.  Use @kbd{d U}
22403 (@code{calc-unformatted-language}) mode to see the true structure of
22404 a formula.  The rewrite rule mechanism, discussed later, does not have
22405 these limitations.
22407 As an algebraic function, @code{subst} takes three arguments:
22408 Target expression, old, new.  Note that @code{subst} is always
22409 evaluated immediately, even if its arguments are variables, so if
22410 you wish to put a call to @code{subst} onto the stack you must
22411 turn the default simplifications off first (with @kbd{m O}).
22413 @node Simplifying Formulas, Polynomials, Algebraic Manipulation, Algebra
22414 @section Simplifying Formulas
22416 @noindent
22417 @kindex a s
22418 @pindex calc-simplify
22419 @tindex simplify
22420 The @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) [@code{simplify}] command applies
22421 various algebraic rules to simplify a formula.  This includes rules which
22422 are not part of the default simplifications because they may be too slow
22423 to apply all the time, or may not be desirable all of the time.  For
22424 example, non-adjacent terms of sums are combined, as in @samp{a + b + 2 a}
22425 to @samp{b + 3 a}, and some formulas like @samp{sin(arcsin(x))} are
22426 simplified to @samp{x}.
22428 The sections below describe all the various kinds of algebraic
22429 simplifications Calc provides in full detail.  None of Calc's
22430 simplification commands are designed to pull rabbits out of hats;
22431 they simply apply certain specific rules to put formulas into
22432 less redundant or more pleasing forms.  Serious algebra in Calc
22433 must be done manually, usually with a combination of selections
22434 and rewrite rules.  @xref{Rearranging with Selections}.
22435 @xref{Rewrite Rules}.
22437 @xref{Simplification Modes}, for commands to control what level of
22438 simplification occurs automatically.  Normally only the ``default
22439 simplifications'' occur.
22441 @menu
22442 * Default Simplifications::
22443 * Algebraic Simplifications::
22444 * Unsafe Simplifications::
22445 * Simplification of Units::
22446 @end menu
22448 @node Default Simplifications, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas, Simplifying Formulas
22449 @subsection Default Simplifications
22451 @noindent
22452 @cindex Default simplifications
22453 This section describes the ``default simplifications,'' those which are
22454 normally applied to all results.  For example, if you enter the variable
22455 @expr{x} on the stack twice and push @kbd{+}, Calc's default
22456 simplifications automatically change @expr{x + x} to @expr{2 x}.
22458 The @kbd{m O} command turns off the default simplifications, so that
22459 @expr{x + x} will remain in this form unless you give an explicit
22460 ``simplify'' command like @kbd{=} or @kbd{a v}.  @xref{Algebraic
22461 Manipulation}.  The @kbd{m D} command turns the default simplifications
22462 back on.
22464 The most basic default simplification is the evaluation of functions.
22465 For example, @expr{2 + 3} is evaluated to @expr{5}, and @expr{@tfn{sqrt}(9)}
22466 is evaluated to @expr{3}.  Evaluation does not occur if the arguments
22467 to a function are somehow of the wrong type @expr{@tfn{tan}([2,3,4])}),
22468 range (@expr{@tfn{tan}(90)}), or number (@expr{@tfn{tan}(3,5)}), 
22469 or if the function name is not recognized (@expr{@tfn{f}(5)}), or if
22470 Symbolic mode (@pxref{Symbolic Mode}) prevents evaluation
22471 (@expr{@tfn{sqrt}(2)}).
22473 Calc simplifies (evaluates) the arguments to a function before it
22474 simplifies the function itself.  Thus @expr{@tfn{sqrt}(5+4)} is
22475 simplified to @expr{@tfn{sqrt}(9)} before the @code{sqrt} function
22476 itself is applied.  There are very few exceptions to this rule:
22477 @code{quote}, @code{lambda}, and @code{condition} (the @code{::}
22478 operator) do not evaluate their arguments, @code{if} (the @code{? :}
22479 operator) does not evaluate all of its arguments, and @code{evalto}
22480 does not evaluate its lefthand argument.
22482 Most commands apply the default simplifications to all arguments they
22483 take from the stack, perform a particular operation, then simplify
22484 the result before pushing it back on the stack.  In the common special
22485 case of regular arithmetic commands like @kbd{+} and @kbd{Q} [@code{sqrt}],
22486 the arguments are simply popped from the stack and collected into a
22487 suitable function call, which is then simplified (the arguments being
22488 simplified first as part of the process, as described above).
22490 The default simplifications are too numerous to describe completely
22491 here, but this section will describe the ones that apply to the
22492 major arithmetic operators.  This list will be rather technical in
22493 nature, and will probably be interesting to you only if you are
22494 a serious user of Calc's algebra facilities.
22496 @tex
22497 \bigskip
22498 @end tex
22500 As well as the simplifications described here, if you have stored
22501 any rewrite rules in the variable @code{EvalRules} then these rules
22502 will also be applied before any built-in default simplifications.
22503 @xref{Automatic Rewrites}, for details.
22505 @tex
22506 \bigskip
22507 @end tex
22509 And now, on with the default simplifications:
22511 Arithmetic operators like @kbd{+} and @kbd{*} always take two
22512 arguments in Calc's internal form.  Sums and products of three or
22513 more terms are arranged by the associative law of algebra into
22514 a left-associative form for sums, @expr{((a + b) + c) + d}, and
22515 a right-associative form for products, @expr{a * (b * (c * d))}.
22516 Formulas like @expr{(a + b) + (c + d)} are rearranged to
22517 left-associative form, though this rarely matters since Calc's
22518 algebra commands are designed to hide the inner structure of
22519 sums and products as much as possible.  Sums and products in
22520 their proper associative form will be written without parentheses
22521 in the examples below.
22523 Sums and products are @emph{not} rearranged according to the
22524 commutative law (@expr{a + b} to @expr{b + a}) except in a few
22525 special cases described below.  Some algebra programs always
22526 rearrange terms into a canonical order, which enables them to
22527 see that @expr{a b + b a} can be simplified to @expr{2 a b}.
22528 Calc assumes you have put the terms into the order you want
22529 and generally leaves that order alone, with the consequence
22530 that formulas like the above will only be simplified if you
22531 explicitly give the @kbd{a s} command.  @xref{Algebraic
22532 Simplifications}.
22534 Differences @expr{a - b} are treated like sums @expr{a + (-b)}
22535 for purposes of simplification; one of the default simplifications
22536 is to rewrite @expr{a + (-b)} or @expr{(-b) + a}, where @expr{-b}
22537 represents a ``negative-looking'' term, into @expr{a - b} form.
22538 ``Negative-looking'' means negative numbers, negated formulas like
22539 @expr{-x}, and products or quotients in which either term is
22540 negative-looking.
22542 Other simplifications involving negation are @expr{-(-x)} to @expr{x};
22543 @expr{-(a b)} or @expr{-(a/b)} where either @expr{a} or @expr{b} is
22544 negative-looking, simplified by negating that term, or else where
22545 @expr{a} or @expr{b} is any number, by negating that number;
22546 @expr{-(a + b)} to @expr{-a - b}, and @expr{-(b - a)} to @expr{a - b}.
22547 (This, and rewriting @expr{(-b) + a} to @expr{a - b}, are the only
22548 cases where the order of terms in a sum is changed by the default
22549 simplifications.)
22551 The distributive law is used to simplify sums in some cases:
22552 @expr{a x + b x} to @expr{(a + b) x}, where @expr{a} represents
22553 a number or an implicit 1 or @mathit{-1} (as in @expr{x} or @expr{-x})
22554 and similarly for @expr{b}.  Use the @kbd{a c}, @w{@kbd{a f}}, or
22555 @kbd{j M} commands to merge sums with non-numeric coefficients
22556 using the distributive law.
22558 The distributive law is only used for sums of two terms, or
22559 for adjacent terms in a larger sum.  Thus @expr{a + b + b + c}
22560 is simplified to @expr{a + 2 b + c}, but @expr{a + b + c + b}
22561 is not simplified.  The reason is that comparing all terms of a
22562 sum with one another would require time proportional to the
22563 square of the number of terms; Calc relegates potentially slow
22564 operations like this to commands that have to be invoked
22565 explicitly, like @kbd{a s}.
22567 Finally, @expr{a + 0} and @expr{0 + a} are simplified to @expr{a}.
22568 A consequence of the above rules is that @expr{0 - a} is simplified
22569 to @expr{-a}.
22571 @tex
22572 \bigskip
22573 @end tex
22575 The products @expr{1 a} and @expr{a 1} are simplified to @expr{a};
22576 @expr{(-1) a} and @expr{a (-1)} are simplified to @expr{-a};
22577 @expr{0 a} and @expr{a 0} are simplified to @expr{0}, except that
22578 in Matrix mode where @expr{a} is not provably scalar the result
22579 is the generic zero matrix @samp{idn(0)}, and that if @expr{a} is
22580 infinite the result is @samp{nan}.
22582 Also, @expr{(-a) b} and @expr{a (-b)} are simplified to @expr{-(a b)},
22583 where this occurs for negated formulas but not for regular negative
22584 numbers.
22586 Products are commuted only to move numbers to the front:
22587 @expr{a b 2} is commuted to @expr{2 a b}.
22589 The product @expr{a (b + c)} is distributed over the sum only if
22590 @expr{a} and at least one of @expr{b} and @expr{c} are numbers:
22591 @expr{2 (x + 3)} goes to @expr{2 x + 6}.  The formula
22592 @expr{(-a) (b - c)}, where @expr{-a} is a negative number, is
22593 rewritten to @expr{a (c - b)}.
22595 The distributive law of products and powers is used for adjacent
22596 terms of the product: @expr{x^a x^b} goes to 
22597 @texline @math{x^{a+b}}
22598 @infoline @expr{x^(a+b)}
22599 where @expr{a} is a number, or an implicit 1 (as in @expr{x}),
22600 or the implicit one-half of @expr{@tfn{sqrt}(x)}, and similarly for
22601 @expr{b}.  The result is written using @samp{sqrt} or @samp{1/sqrt}
22602 if the sum of the powers is @expr{1/2} or @expr{-1/2}, respectively.
22603 If the sum of the powers is zero, the product is simplified to
22604 @expr{1} or to @samp{idn(1)} if Matrix mode is enabled.
22606 The product of a negative power times anything but another negative
22607 power is changed to use division:  
22608 @texline @math{x^{-2} y}
22609 @infoline @expr{x^(-2) y} 
22610 goes to @expr{y / x^2} unless Matrix mode is
22611 in effect and neither @expr{x} nor @expr{y} are scalar (in which
22612 case it is considered unsafe to rearrange the order of the terms).
22614 Finally, @expr{a (b/c)} is rewritten to @expr{(a b)/c}, and also
22615 @expr{(a/b) c} is changed to @expr{(a c)/b} unless in Matrix mode.
22617 @tex
22618 \bigskip
22619 @end tex
22621 Simplifications for quotients are analogous to those for products.
22622 The quotient @expr{0 / x} is simplified to @expr{0}, with the same
22623 exceptions that were noted for @expr{0 x}.  Likewise, @expr{x / 1}
22624 and @expr{x / (-1)} are simplified to @expr{x} and @expr{-x},
22625 respectively.
22627 The quotient @expr{x / 0} is left unsimplified or changed to an
22628 infinite quantity, as directed by the current infinite mode.
22629 @xref{Infinite Mode}.
22631 The expression 
22632 @texline @math{a / b^{-c}}
22633 @infoline @expr{a / b^(-c)} 
22634 is changed to @expr{a b^c}, where @expr{-c} is any negative-looking
22635 power.  Also, @expr{1 / b^c} is changed to 
22636 @texline @math{b^{-c}}
22637 @infoline @expr{b^(-c)} 
22638 for any power @expr{c}.
22640 Also, @expr{(-a) / b} and @expr{a / (-b)} go to @expr{-(a/b)};
22641 @expr{(a/b) / c} goes to @expr{a / (b c)}; and @expr{a / (b/c)}
22642 goes to @expr{(a c) / b} unless Matrix mode prevents this
22643 rearrangement.  Similarly, @expr{a / (b:c)} is simplified to
22644 @expr{(c:b) a} for any fraction @expr{b:c}.
22646 The distributive law is applied to @expr{(a + b) / c} only if
22647 @expr{c} and at least one of @expr{a} and @expr{b} are numbers.
22648 Quotients of powers and square roots are distributed just as
22649 described for multiplication.
22651 Quotients of products cancel only in the leading terms of the
22652 numerator and denominator.  In other words, @expr{a x b / a y b}
22653 is cancelled to @expr{x b / y b} but not to @expr{x / y}.  Once
22654 again this is because full cancellation can be slow; use @kbd{a s}
22655 to cancel all terms of the quotient.
22657 Quotients of negative-looking values are simplified according
22658 to @expr{(-a) / (-b)} to @expr{a / b}, @expr{(-a) / (b - c)}
22659 to @expr{a / (c - b)}, and @expr{(a - b) / (-c)} to @expr{(b - a) / c}.
22661 @tex
22662 \bigskip
22663 @end tex
22665 The formula @expr{x^0} is simplified to @expr{1}, or to @samp{idn(1)}
22666 in Matrix mode.  The formula @expr{0^x} is simplified to @expr{0}
22667 unless @expr{x} is a negative number, complex number or zero.
22668 If @expr{x} is negative, complex or @expr{0.0}, @expr{0^x} is an
22669 infinity or an unsimplified formula according to the current infinite
22670 mode.  The expression @expr{0^0} is simplified to @expr{1}.
22672 Powers of products or quotients @expr{(a b)^c}, @expr{(a/b)^c}
22673 are distributed to @expr{a^c b^c}, @expr{a^c / b^c} only if @expr{c}
22674 is an integer, or if either @expr{a} or @expr{b} are nonnegative
22675 real numbers.  Powers of powers @expr{(a^b)^c} are simplified to
22676 @texline @math{a^{b c}}
22677 @infoline @expr{a^(b c)} 
22678 only when @expr{c} is an integer and @expr{b c} also
22679 evaluates to an integer.  Without these restrictions these simplifications
22680 would not be safe because of problems with principal values.
22681 (In other words, 
22682 @texline @math{((-3)^{1/2})^2}
22683 @infoline @expr{((-3)^1:2)^2} 
22684 is safe to simplify, but
22685 @texline @math{((-3)^2)^{1/2}}
22686 @infoline @expr{((-3)^2)^1:2} 
22687 is not.)  @xref{Declarations}, for ways to inform Calc that your
22688 variables satisfy these requirements.
22690 As a special case of this rule, @expr{@tfn{sqrt}(x)^n} is simplified to
22691 @texline @math{x^{n/2}}
22692 @infoline @expr{x^(n/2)} 
22693 only for even integers @expr{n}.
22695 If @expr{a} is known to be real, @expr{b} is an even integer, and
22696 @expr{c} is a half- or quarter-integer, then @expr{(a^b)^c} is
22697 simplified to @expr{@tfn{abs}(a^(b c))}.
22699 Also, @expr{(-a)^b} is simplified to @expr{a^b} if @expr{b} is an
22700 even integer, or to @expr{-(a^b)} if @expr{b} is an odd integer,
22701 for any negative-looking expression @expr{-a}.
22703 Square roots @expr{@tfn{sqrt}(x)} generally act like one-half powers
22704 @texline @math{x^{1:2}}
22705 @infoline @expr{x^1:2} 
22706 for the purposes of the above-listed simplifications.
22708 Also, note that 
22709 @texline @math{1 / x^{1:2}}
22710 @infoline @expr{1 / x^1:2} 
22711 is changed to 
22712 @texline @math{x^{-1:2}},
22713 @infoline @expr{x^(-1:2)},
22714 but @expr{1 / @tfn{sqrt}(x)} is left alone.
22716 @tex
22717 \bigskip
22718 @end tex
22720 Generic identity matrices (@pxref{Matrix Mode}) are simplified by the
22721 following rules:  @expr{@tfn{idn}(a) + b} to @expr{a + b} if @expr{b}
22722 is provably scalar, or expanded out if @expr{b} is a matrix;
22723 @expr{@tfn{idn}(a) + @tfn{idn}(b)} to @expr{@tfn{idn}(a + b)}; 
22724 @expr{-@tfn{idn}(a)} to @expr{@tfn{idn}(-a)}; @expr{a @tfn{idn}(b)} to 
22725 @expr{@tfn{idn}(a b)} if @expr{a} is provably scalar, or to @expr{a b} 
22726 if @expr{a} is provably non-scalar;  @expr{@tfn{idn}(a) @tfn{idn}(b)} to
22727 @expr{@tfn{idn}(a b)}; analogous simplifications for quotients involving
22728 @code{idn}; and @expr{@tfn{idn}(a)^n} to @expr{@tfn{idn}(a^n)} where
22729 @expr{n} is an integer.
22731 @tex
22732 \bigskip
22733 @end tex
22735 The @code{floor} function and other integer truncation functions
22736 vanish if the argument is provably integer-valued, so that
22737 @expr{@tfn{floor}(@tfn{round}(x))} simplifies to @expr{@tfn{round}(x)}.
22738 Also, combinations of @code{float}, @code{floor} and its friends,
22739 and @code{ffloor} and its friends, are simplified in appropriate
22740 ways.  @xref{Integer Truncation}.
22742 The expression @expr{@tfn{abs}(-x)} changes to @expr{@tfn{abs}(x)}.
22743 The expression @expr{@tfn{abs}(@tfn{abs}(x))} changes to
22744 @expr{@tfn{abs}(x)};  in fact, @expr{@tfn{abs}(x)} changes to @expr{x} or
22745 @expr{-x} if @expr{x} is provably nonnegative or nonpositive
22746 (@pxref{Declarations}). 
22748 While most functions do not recognize the variable @code{i} as an
22749 imaginary number, the @code{arg} function does handle the two cases
22750 @expr{@tfn{arg}(@tfn{i})} and @expr{@tfn{arg}(-@tfn{i})} just for convenience.
22752 The expression @expr{@tfn{conj}(@tfn{conj}(x))} simplifies to @expr{x}.
22753 Various other expressions involving @code{conj}, @code{re}, and
22754 @code{im} are simplified, especially if some of the arguments are
22755 provably real or involve the constant @code{i}.  For example,
22756 @expr{@tfn{conj}(a + b i)} is changed to 
22757 @expr{@tfn{conj}(a) - @tfn{conj}(b) i},  or to @expr{a - b i} if @expr{a}
22758 and @expr{b} are known to be real.
22760 Functions like @code{sin} and @code{arctan} generally don't have
22761 any default simplifications beyond simply evaluating the functions
22762 for suitable numeric arguments and infinity.  The @kbd{a s} command
22763 described in the next section does provide some simplifications for
22764 these functions, though.
22766 One important simplification that does occur is that
22767 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e})} is simplified to 1, and @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)} is
22768 simplified to @expr{x} for any @expr{x}.  This occurs even if you have
22769 stored a different value in the Calc variable @samp{e}; but this would
22770 be a bad idea in any case if you were also using natural logarithms!
22772 Among the logical functions, @tfn{!(@var{a} <= @var{b})} changes to
22773 @tfn{@var{a} > @var{b}} and so on.  Equations and inequalities where both sides
22774 are either negative-looking or zero are simplified by negating both sides
22775 and reversing the inequality.  While it might seem reasonable to simplify
22776 @expr{!!x} to @expr{x}, this would not be valid in general because
22777 @expr{!!2} is 1, not 2.
22779 Most other Calc functions have few if any default simplifications
22780 defined, aside of course from evaluation when the arguments are
22781 suitable numbers.
22783 @node Algebraic Simplifications, Unsafe Simplifications, Default Simplifications, Simplifying Formulas
22784 @subsection Algebraic Simplifications
22786 @noindent
22787 @cindex Algebraic simplifications
22788 The @kbd{a s} command makes simplifications that may be too slow to
22789 do all the time, or that may not be desirable all of the time.
22790 If you find these simplifications are worthwhile, you can type
22791 @kbd{m A} to have Calc apply them automatically.
22793 This section describes all simplifications that are performed by
22794 the @kbd{a s} command.  Note that these occur in addition to the
22795 default simplifications; even if the default simplifications have
22796 been turned off by an @kbd{m O} command, @kbd{a s} will turn them
22797 back on temporarily while it simplifies the formula.
22799 There is a variable, @code{AlgSimpRules}, in which you can put rewrites
22800 to be applied by @kbd{a s}.  Its use is analogous to @code{EvalRules},
22801 but without the special restrictions.  Basically, the simplifier does
22802 @samp{@w{a r} AlgSimpRules} with an infinite repeat count on the whole
22803 expression being simplified, then it traverses the expression applying
22804 the built-in rules described below.  If the result is different from
22805 the original expression, the process repeats with the default
22806 simplifications (including @code{EvalRules}), then @code{AlgSimpRules},
22807 then the built-in simplifications, and so on.
22809 @tex
22810 \bigskip
22811 @end tex
22813 Sums are simplified in two ways.  Constant terms are commuted to the
22814 end of the sum, so that @expr{a + 2 + b} changes to @expr{a + b + 2}.
22815 The only exception is that a constant will not be commuted away
22816 from the first position of a difference, i.e., @expr{2 - x} is not
22817 commuted to @expr{-x + 2}.
22819 Also, terms of sums are combined by the distributive law, as in
22820 @expr{x + y + 2 x} to @expr{y + 3 x}.  This always occurs for
22821 adjacent terms, but @kbd{a s} compares all pairs of terms including
22822 non-adjacent ones.
22824 @tex
22825 \bigskip
22826 @end tex
22828 Products are sorted into a canonical order using the commutative
22829 law.  For example, @expr{b c a} is commuted to @expr{a b c}.
22830 This allows easier comparison of products; for example, the default
22831 simplifications will not change @expr{x y + y x} to @expr{2 x y},
22832 but @kbd{a s} will; it first rewrites the sum to @expr{x y + x y},
22833 and then the default simplifications are able to recognize a sum
22834 of identical terms.
22836 The canonical ordering used to sort terms of products has the
22837 property that real-valued numbers, interval forms and infinities
22838 come first, and are sorted into increasing order.  The @kbd{V S}
22839 command uses the same ordering when sorting a vector.
22841 Sorting of terms of products is inhibited when Matrix mode is
22842 turned on; in this case, Calc will never exchange the order of
22843 two terms unless it knows at least one of the terms is a scalar.
22845 Products of powers are distributed by comparing all pairs of
22846 terms, using the same method that the default simplifications
22847 use for adjacent terms of products.
22849 Even though sums are not sorted, the commutative law is still
22850 taken into account when terms of a product are being compared.
22851 Thus @expr{(x + y) (y + x)} will be simplified to @expr{(x + y)^2}.
22852 A subtle point is that @expr{(x - y) (y - x)} will @emph{not}
22853 be simplified to @expr{-(x - y)^2}; Calc does not notice that
22854 one term can be written as a constant times the other, even if
22855 that constant is @mathit{-1}.
22857 A fraction times any expression, @expr{(a:b) x}, is changed to
22858 a quotient involving integers:  @expr{a x / b}.  This is not
22859 done for floating-point numbers like @expr{0.5}, however.  This
22860 is one reason why you may find it convenient to turn Fraction mode
22861 on while doing algebra; @pxref{Fraction Mode}.
22863 @tex
22864 \bigskip
22865 @end tex
22867 Quotients are simplified by comparing all terms in the numerator
22868 with all terms in the denominator for possible cancellation using
22869 the distributive law.  For example, @expr{a x^2 b / c x^3 d} will
22870 cancel @expr{x^2} from the top and bottom to get @expr{a b / c x d}.
22871 (The terms in the denominator will then be rearranged to @expr{c d x}
22872 as described above.)  If there is any common integer or fractional
22873 factor in the numerator and denominator, it is cancelled out;
22874 for example, @expr{(4 x + 6) / 8 x} simplifies to @expr{(2 x + 3) / 4 x}.
22876 Non-constant common factors are not found even by @kbd{a s}.  To
22877 cancel the factor @expr{a} in @expr{(a x + a) / a^2} you could first
22878 use @kbd{j M} on the product @expr{a x} to Merge the numerator to
22879 @expr{a (1+x)}, which can then be simplified successfully.
22881 @tex
22882 \bigskip
22883 @end tex
22885 Integer powers of the variable @code{i} are simplified according
22886 to the identity @expr{i^2 = -1}.  If you store a new value other
22887 than the complex number @expr{(0,1)} in @code{i}, this simplification
22888 will no longer occur.  This is done by @kbd{a s} instead of by default
22889 in case someone (unwisely) uses the name @code{i} for a variable
22890 unrelated to complex numbers; it would be unfortunate if Calc
22891 quietly and automatically changed this formula for reasons the
22892 user might not have been thinking of.
22894 Square roots of integer or rational arguments are simplified in
22895 several ways.  (Note that these will be left unevaluated only in
22896 Symbolic mode.)  First, square integer or rational factors are
22897 pulled out so that @expr{@tfn{sqrt}(8)} is rewritten as
22898 @texline @math{2\,@tfn{sqrt}(2)}.
22899 @infoline @expr{2 sqrt(2)}.  
22900 Conceptually speaking this implies factoring the argument into primes
22901 and moving pairs of primes out of the square root, but for reasons of
22902 efficiency Calc only looks for primes up to 29.
22904 Square roots in the denominator of a quotient are moved to the
22905 numerator:  @expr{1 / @tfn{sqrt}(3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(3) / 3}.
22906 The same effect occurs for the square root of a fraction:
22907 @expr{@tfn{sqrt}(2:3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(6) / 3}.
22909 @tex
22910 \bigskip
22911 @end tex
22913 The @code{%} (modulo) operator is simplified in several ways
22914 when the modulus @expr{M} is a positive real number.  First, if
22915 the argument is of the form @expr{x + n} for some real number
22916 @expr{n}, then @expr{n} is itself reduced modulo @expr{M}.  For
22917 example, @samp{(x - 23) % 10} is simplified to @samp{(x + 7) % 10}.
22919 If the argument is multiplied by a constant, and this constant
22920 has a common integer divisor with the modulus, then this factor is
22921 cancelled out.  For example, @samp{12 x % 15} is changed to
22922 @samp{3 (4 x % 5)} by factoring out 3.  Also, @samp{(12 x + 1) % 15}
22923 is changed to @samp{3 ((4 x + 1:3) % 5)}.  While these forms may
22924 not seem ``simpler,'' they allow Calc to discover useful information
22925 about modulo forms in the presence of declarations.
22927 If the modulus is 1, then Calc can use @code{int} declarations to
22928 evaluate the expression.  For example, the idiom @samp{x % 2} is
22929 often used to check whether a number is odd or even.  As described
22930 above, @w{@samp{2 n % 2}} and @samp{(2 n + 1) % 2} are simplified to
22931 @samp{2 (n % 1)} and @samp{2 ((n + 1:2) % 1)}, respectively; Calc
22932 can simplify these to 0 and 1 (respectively) if @code{n} has been
22933 declared to be an integer.
22935 @tex
22936 \bigskip
22937 @end tex
22939 Trigonometric functions are simplified in several ways.  Whenever a
22940 products of two trigonometric functions can be replaced by a single
22941 function, the replacement is made; for example,
22942 @expr{@tfn{tan}(x) @tfn{cos}(x)} is simplified to @expr{@tfn{sin}(x)}. 
22943 Reciprocals of trigonometric functions are replaced by their reciprocal
22944 function; for example, @expr{1/@tfn{sec}(x)} is simplified to
22945 @expr{@tfn{cos}(x)}.  The corresponding simplifications for the
22946 hyperbolic functions are also handled.
22948 Trigonometric functions of their inverse functions are
22949 simplified. The expression @expr{@tfn{sin}(@tfn{arcsin}(x))} is
22950 simplified to @expr{x}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.  
22951 Trigonometric functions of inverses of different trigonometric
22952 functions can also be simplified, as in @expr{@tfn{sin}(@tfn{arccos}(x))}
22953 to @expr{@tfn{sqrt}(1 - x^2)}.
22955 If the argument to @code{sin} is negative-looking, it is simplified to
22956 @expr{-@tfn{sin}(x)}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.
22957 Finally, certain special values of the argument are recognized;
22958 @pxref{Trigonometric and Hyperbolic Functions}.
22960 Hyperbolic functions of their inverses and of negative-looking
22961 arguments are also handled, as are exponentials of inverse
22962 hyperbolic functions.
22964 No simplifications for inverse trigonometric and hyperbolic
22965 functions are known, except for negative arguments of @code{arcsin},
22966 @code{arctan}, @code{arcsinh}, and @code{arctanh}.  Note that
22967 @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} can @emph{not} safely change to
22968 @expr{x}, since this only correct within an integer multiple of 
22969 @texline @math{2 \pi}
22970 @infoline @expr{2 pi} 
22971 radians or 360 degrees.  However, @expr{@tfn{arcsinh}(@tfn{sinh}(x))} is
22972 simplified to @expr{x} if @expr{x} is known to be real.
22974 Several simplifications that apply to logarithms and exponentials
22975 are that @expr{@tfn{exp}(@tfn{ln}(x))}, 
22976 @texline @tfn{e}@math{^{\ln(x)}},
22977 @infoline @expr{e^@tfn{ln}(x)}, 
22979 @texline @math{10^{{\rm log10}(x)}}
22980 @infoline @expr{10^@tfn{log10}(x)} 
22981 all reduce to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))}, etc., can
22982 reduce to @expr{x} if @expr{x} is provably real.  The form
22983 @expr{@tfn{exp}(x)^y} is simplified to @expr{@tfn{exp}(x y)}.  If @expr{x}
22984 is a suitable multiple of 
22985 @texline @math{\pi i} 
22986 @infoline @expr{pi i}
22987 (as described above for the trigonometric functions), then
22988 @expr{@tfn{exp}(x)} or @expr{e^x} will be expanded.  Finally,
22989 @expr{@tfn{ln}(x)} is simplified to a form involving @code{pi} and
22990 @code{i} where @expr{x} is provably negative, positive imaginary, or
22991 negative imaginary. 
22993 The error functions @code{erf} and @code{erfc} are simplified when
22994 their arguments are negative-looking or are calls to the @code{conj}
22995 function.
22997 @tex
22998 \bigskip
22999 @end tex
23001 Equations and inequalities are simplified by cancelling factors
23002 of products, quotients, or sums on both sides.  Inequalities
23003 change sign if a negative multiplicative factor is cancelled.
23004 Non-constant multiplicative factors as in @expr{a b = a c} are
23005 cancelled from equations only if they are provably nonzero (generally
23006 because they were declared so; @pxref{Declarations}).  Factors
23007 are cancelled from inequalities only if they are nonzero and their
23008 sign is known.
23010 Simplification also replaces an equation or inequality with
23011 1 or 0 (``true'' or ``false'') if it can through the use of
23012 declarations.  If @expr{x} is declared to be an integer greater
23013 than 5, then @expr{x < 3}, @expr{x = 3}, and @expr{x = 7.5} are
23014 all simplified to 0, but @expr{x > 3} is simplified to 1.
23015 By a similar analysis, @expr{abs(x) >= 0} is simplified to 1,
23016 as is @expr{x^2 >= 0} if @expr{x} is known to be real.
23018 @node Unsafe Simplifications, Simplification of Units, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas
23019 @subsection ``Unsafe'' Simplifications
23021 @noindent
23022 @cindex Unsafe simplifications
23023 @cindex Extended simplification
23024 @kindex a e
23025 @pindex calc-simplify-extended
23026 @ignore
23027 @mindex esimpl@idots
23028 @end ignore
23029 @tindex esimplify
23030 The @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) [@code{esimplify}] command
23031 is like @kbd{a s}
23032 except that it applies some additional simplifications which are not
23033 ``safe'' in all cases.  Use this only if you know the values in your
23034 formula lie in the restricted ranges for which these simplifications
23035 are valid.  The symbolic integrator uses @kbd{a e};
23036 one effect of this is that the integrator's results must be used with
23037 caution.  Where an integral table will often attach conditions like
23038 ``for positive @expr{a} only,'' Calc (like most other symbolic
23039 integration programs) will simply produce an unqualified result.
23041 Because @kbd{a e}'s simplifications are unsafe, it is sometimes better
23042 to type @kbd{C-u -3 a v}, which does extended simplification only
23043 on the top level of the formula without affecting the sub-formulas.
23044 In fact, @kbd{C-u -3 j v} allows you to target extended simplification
23045 to any specific part of a formula.
23047 The variable @code{ExtSimpRules} contains rewrites to be applied by
23048 the @kbd{a e} command.  These are applied in addition to
23049 @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  (The @kbd{a r AlgSimpRules}
23050 step described above is simply followed by an @kbd{a r ExtSimpRules} step.)
23052 Following is a complete list of ``unsafe'' simplifications performed
23053 by @kbd{a e}.
23055 @tex
23056 \bigskip
23057 @end tex
23059 Inverse trigonometric or hyperbolic functions, called with their
23060 corresponding non-inverse functions as arguments, are simplified
23061 by @kbd{a e}.  For example, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} changes
23062 to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{cos}(x))} and
23063 @expr{@tfn{arccos}(@tfn{sin}(x))} both change to @expr{@tfn{pi}/2 - x}.
23064 These simplifications are unsafe because they are valid only for
23065 values of @expr{x} in a certain range; outside that range, values
23066 are folded down to the 360-degree range that the inverse trigonometric
23067 functions always produce.
23069 Powers of powers @expr{(x^a)^b} are simplified to 
23070 @texline @math{x^{a b}}
23071 @infoline @expr{x^(a b)}
23072 for all @expr{a} and @expr{b}.  These results will be valid only
23073 in a restricted range of @expr{x}; for example, in 
23074 @texline @math{(x^2)^{1:2}}
23075 @infoline @expr{(x^2)^1:2}
23076 the powers cancel to get @expr{x}, which is valid for positive values
23077 of @expr{x} but not for negative or complex values.
23079 Similarly, @expr{@tfn{sqrt}(x^a)} and @expr{@tfn{sqrt}(x)^a} are both
23080 simplified (possibly unsafely) to 
23081 @texline @math{x^{a/2}}.
23082 @infoline @expr{x^(a/2)}.
23084 Forms like @expr{@tfn{sqrt}(1 - sin(x)^2)} are simplified to, e.g.,
23085 @expr{@tfn{cos}(x)}.  Calc has identities of this sort for @code{sin},
23086 @code{cos}, @code{tan}, @code{sinh}, and @code{cosh}.
23088 Arguments of square roots are partially factored to look for
23089 squared terms that can be extracted.  For example,
23090 @expr{@tfn{sqrt}(a^2 b^3 + a^3 b^2)} simplifies to 
23091 @expr{a b @tfn{sqrt}(a+b)}.
23093 The simplifications of @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))},
23094 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)}, and @expr{@tfn{log10}(10^x)} to @expr{x} are also
23095 unsafe because of problems with principal values (although these
23096 simplifications are safe if @expr{x} is known to be real).
23098 Common factors are cancelled from products on both sides of an
23099 equation, even if those factors may be zero:  @expr{a x / b x}
23100 to @expr{a / b}.  Such factors are never cancelled from
23101 inequalities:  Even @kbd{a e} is not bold enough to reduce
23102 @expr{a x < b x} to @expr{a < b} (or @expr{a > b}, depending
23103 on whether you believe @expr{x} is positive or negative).
23104 The @kbd{a M /} command can be used to divide a factor out of
23105 both sides of an inequality.
23107 @node Simplification of Units, , Unsafe Simplifications, Simplifying Formulas
23108 @subsection Simplification of Units
23110 @noindent
23111 The simplifications described in this section are applied by the
23112 @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command.  These are in addition
23113 to the regular @kbd{a s} (but not @kbd{a e}) simplifications described
23114 earlier.  @xref{Basic Operations on Units}.
23116 The variable @code{UnitSimpRules} contains rewrites to be applied by
23117 the @kbd{u s} command.  These are applied in addition to @code{EvalRules}
23118 and @code{AlgSimpRules}.
23120 Scalar mode is automatically put into effect when simplifying units.
23121 @xref{Matrix Mode}.
23123 Sums @expr{a + b} involving units are simplified by extracting the
23124 units of @expr{a} as if by the @kbd{u x} command (call the result
23125 @expr{u_a}), then simplifying the expression @expr{b / u_a}
23126 using @kbd{u b} and @kbd{u s}.  If the result has units then the sum
23127 is inconsistent and is left alone.  Otherwise, it is rewritten
23128 in terms of the units @expr{u_a}.
23130 If units auto-ranging mode is enabled, products or quotients in
23131 which the first argument is a number which is out of range for the
23132 leading unit are modified accordingly.
23134 When cancelling and combining units in products and quotients,
23135 Calc accounts for unit names that differ only in the prefix letter.
23136 For example, @samp{2 km m} is simplified to @samp{2000 m^2}.
23137 However, compatible but different units like @code{ft} and @code{in}
23138 are not combined in this way.
23140 Quotients @expr{a / b} are simplified in three additional ways.  First,
23141 if @expr{b} is a number or a product beginning with a number, Calc
23142 computes the reciprocal of this number and moves it to the numerator.
23144 Second, for each pair of unit names from the numerator and denominator
23145 of a quotient, if the units are compatible (e.g., they are both
23146 units of area) then they are replaced by the ratio between those
23147 units.  For example, in @samp{3 s in N / kg cm} the units
23148 @samp{in / cm} will be replaced by @expr{2.54}.
23150 Third, if the units in the quotient exactly cancel out, so that
23151 a @kbd{u b} command on the quotient would produce a dimensionless
23152 number for an answer, then the quotient simplifies to that number.
23154 For powers and square roots, the ``unsafe'' simplifications
23155 @expr{(a b)^c} to @expr{a^c b^c}, @expr{(a/b)^c} to @expr{a^c / b^c},
23156 and @expr{(a^b)^c} to 
23157 @texline @math{a^{b c}}
23158 @infoline @expr{a^(b c)} 
23159 are done if the powers are real numbers.  (These are safe in the context
23160 of units because all numbers involved can reasonably be assumed to be
23161 real.)
23163 Also, if a unit name is raised to a fractional power, and the
23164 base units in that unit name all occur to powers which are a
23165 multiple of the denominator of the power, then the unit name
23166 is expanded out into its base units, which can then be simplified
23167 according to the previous paragraph.  For example, @samp{acre^1.5}
23168 is simplified by noting that @expr{1.5 = 3:2}, that @samp{acre}
23169 is defined in terms of @samp{m^2}, and that the 2 in the power of
23170 @code{m} is a multiple of 2 in @expr{3:2}.  Thus, @code{acre^1.5} is
23171 replaced by approximately 
23172 @texline @math{(4046 m^2)^{1.5}}
23173 @infoline @expr{(4046 m^2)^1.5}, 
23174 which is then changed to 
23175 @texline @math{4046^{1.5} \, (m^2)^{1.5}},
23176 @infoline @expr{4046^1.5 (m^2)^1.5}, 
23177 then to @expr{257440 m^3}.
23179 The functions @code{float}, @code{frac}, @code{clean}, @code{abs},
23180 as well as @code{floor} and the other integer truncation functions,
23181 applied to unit names or products or quotients involving units, are
23182 simplified.  For example, @samp{round(1.6 in)} is changed to
23183 @samp{round(1.6) round(in)}; the lefthand term evaluates to 2,
23184 and the righthand term simplifies to @code{in}.
23186 The functions @code{sin}, @code{cos}, and @code{tan} with arguments
23187 that have angular units like @code{rad} or @code{arcmin} are
23188 simplified by converting to base units (radians), then evaluating
23189 with the angular mode temporarily set to radians.
23191 @node Polynomials, Calculus, Simplifying Formulas, Algebra
23192 @section Polynomials
23194 A @dfn{polynomial} is a sum of terms which are coefficients times
23195 various powers of a ``base'' variable.  For example, @expr{2 x^2 + 3 x - 4}
23196 is a polynomial in @expr{x}.  Some formulas can be considered
23197 polynomials in several different variables:  @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2}
23198 is a polynomial in both @expr{x} and @expr{y}.  Polynomial coefficients
23199 are often numbers, but they may in general be any formulas not
23200 involving the base variable.
23202 @kindex a f
23203 @pindex calc-factor
23204 @tindex factor
23205 The @kbd{a f} (@code{calc-factor}) [@code{factor}] command factors a
23206 polynomial into a product of terms.  For example, the polynomial
23207 @expr{x^3 + 2 x^2 + x} is factored into @samp{x*(x+1)^2}.  As another
23208 example, @expr{a c + b d + b c + a d} is factored into the product
23209 @expr{(a + b) (c + d)}.
23211 Calc currently has three algorithms for factoring.  Formulas which are
23212 linear in several variables, such as the second example above, are
23213 merged according to the distributive law.  Formulas which are
23214 polynomials in a single variable, with constant integer or fractional
23215 coefficients, are factored into irreducible linear and/or quadratic
23216 terms.  The first example above factors into three linear terms
23217 (@expr{x}, @expr{x+1}, and @expr{x+1} again).  Finally, formulas
23218 which do not fit the above criteria are handled by the algebraic
23219 rewrite mechanism.
23221 Calc's polynomial factorization algorithm works by using the general
23222 root-finding command (@w{@kbd{a P}}) to solve for the roots of the
23223 polynomial.  It then looks for roots which are rational numbers
23224 or complex-conjugate pairs, and converts these into linear and
23225 quadratic terms, respectively.  Because it uses floating-point
23226 arithmetic, it may be unable to find terms that involve large
23227 integers (whose number of digits approaches the current precision).
23228 Also, irreducible factors of degree higher than quadratic are not
23229 found, and polynomials in more than one variable are not treated.
23230 (A more robust factorization algorithm may be included in a future
23231 version of Calc.)
23233 @vindex FactorRules
23234 @ignore
23235 @starindex
23236 @end ignore
23237 @tindex thecoefs
23238 @ignore
23239 @starindex
23240 @end ignore
23241 @ignore
23242 @mindex @idots
23243 @end ignore
23244 @tindex thefactors
23245 The rewrite-based factorization method uses rules stored in the variable
23246 @code{FactorRules}.  @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of the
23247 operation of rewrite rules.  The default @code{FactorRules} are able
23248 to factor quadratic forms symbolically into two linear terms,
23249 @expr{(a x + b) (c x + d)}.  You can edit these rules to include other
23250 cases if you wish.  To use the rules, Calc builds the formula
23251 @samp{thecoefs(x, [a, b, c, ...])} where @code{x} is the polynomial
23252 base variable and @code{a}, @code{b}, etc., are polynomial coefficients
23253 (which may be numbers or formulas).  The constant term is written first,
23254 i.e., in the @code{a} position.  When the rules complete, they should have
23255 changed the formula into the form @samp{thefactors(x, [f1, f2, f3, ...])}
23256 where each @code{fi} should be a factored term, e.g., @samp{x - ai}.
23257 Calc then multiplies these terms together to get the complete
23258 factored form of the polynomial.  If the rules do not change the
23259 @code{thecoefs} call to a @code{thefactors} call, @kbd{a f} leaves the
23260 polynomial alone on the assumption that it is unfactorable.  (Note that
23261 the function names @code{thecoefs} and @code{thefactors} are used only
23262 as placeholders; there are no actual Calc functions by those names.)
23264 @kindex H a f
23265 @tindex factors
23266 The @kbd{H a f} [@code{factors}] command also factors a polynomial,
23267 but it returns a list of factors instead of an expression which is the
23268 product of the factors.  Each factor is represented by a sub-vector
23269 of the factor, and the power with which it appears.  For example,
23270 @expr{x^5 + x^4 - 33 x^3 + 63 x^2} factors to @expr{(x + 7) x^2 (x - 3)^2}
23271 in @kbd{a f}, or to @expr{[ [x, 2], [x+7, 1], [x-3, 2] ]} in @kbd{H a f}.
23272 If there is an overall numeric factor, it always comes first in the list.
23273 The functions @code{factor} and @code{factors} allow a second argument
23274 when written in algebraic form; @samp{factor(x,v)} factors @expr{x} with
23275 respect to the specific variable @expr{v}.  The default is to factor with
23276 respect to all the variables that appear in @expr{x}.
23278 @kindex a c
23279 @pindex calc-collect
23280 @tindex collect
23281 The @kbd{a c} (@code{calc-collect}) [@code{collect}] command rearranges a
23282 formula as a
23283 polynomial in a given variable, ordered in decreasing powers of that
23284 variable.  For example, given @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2} on
23285 the stack, @kbd{a c x} would produce @expr{(2 + 4 y^2) x + (1 + 3 y)},
23286 and @kbd{a c y} would produce @expr{(4 x) y^2 + 3 y + (1 + 2 x)}.
23287 The polynomial will be expanded out using the distributive law as
23288 necessary:  Collecting @expr{x} in @expr{(x - 1)^3} produces
23289 @expr{x^3 - 3 x^2 + 3 x - 1}.  Terms not involving @expr{x} will
23290 not be expanded.
23292 The ``variable'' you specify at the prompt can actually be any
23293 expression: @kbd{a c ln(x+1)} will collect together all terms multiplied
23294 by @samp{ln(x+1)} or integer powers thereof.  If @samp{x} also appears
23295 in the formula in a context other than @samp{ln(x+1)}, @kbd{a c} will
23296 treat those occurrences as unrelated to @samp{ln(x+1)}, i.e., as constants.
23298 @kindex a x
23299 @pindex calc-expand
23300 @tindex expand
23301 The @kbd{a x} (@code{calc-expand}) [@code{expand}] command expands an
23302 expression by applying the distributive law everywhere.  It applies to
23303 products, quotients, and powers involving sums.  By default, it fully
23304 distributes all parts of the expression.  With a numeric prefix argument,
23305 the distributive law is applied only the specified number of times, then
23306 the partially expanded expression is left on the stack.
23308 The @kbd{a x} and @kbd{j D} commands are somewhat redundant.  Use
23309 @kbd{a x} if you want to expand all products of sums in your formula.
23310 Use @kbd{j D} if you want to expand a particular specified term of
23311 the formula.  There is an exactly analogous correspondence between
23312 @kbd{a f} and @kbd{j M}.  (The @kbd{j D} and @kbd{j M} commands
23313 also know many other kinds of expansions, such as
23314 @samp{exp(a + b) = exp(a) exp(b)}, which @kbd{a x} and @kbd{a f}
23315 do not do.)
23317 Calc's automatic simplifications will sometimes reverse a partial
23318 expansion.  For example, the first step in expanding @expr{(x+1)^3} is
23319 to write @expr{(x+1) (x+1)^2}.  If @kbd{a x} stops there and tries
23320 to put this formula onto the stack, though, Calc will automatically
23321 simplify it back to @expr{(x+1)^3} form.  The solution is to turn
23322 simplification off first (@pxref{Simplification Modes}), or to run
23323 @kbd{a x} without a numeric prefix argument so that it expands all
23324 the way in one step.
23326 @kindex a a
23327 @pindex calc-apart
23328 @tindex apart
23329 The @kbd{a a} (@code{calc-apart}) [@code{apart}] command expands a
23330 rational function by partial fractions.  A rational function is the
23331 quotient of two polynomials; @code{apart} pulls this apart into a
23332 sum of rational functions with simple denominators.  In algebraic
23333 notation, the @code{apart} function allows a second argument that
23334 specifies which variable to use as the ``base''; by default, Calc
23335 chooses the base variable automatically.
23337 @kindex a n
23338 @pindex calc-normalize-rat
23339 @tindex nrat
23340 The @kbd{a n} (@code{calc-normalize-rat}) [@code{nrat}] command
23341 attempts to arrange a formula into a quotient of two polynomials.
23342 For example, given @expr{1 + (a + b/c) / d}, the result would be
23343 @expr{(b + a c + c d) / c d}.  The quotient is reduced, so that
23344 @kbd{a n} will simplify @expr{(x^2 + 2x + 1) / (x^2 - 1)} by dividing
23345 out the common factor @expr{x + 1}, yielding @expr{(x + 1) / (x - 1)}.
23347 @kindex a \
23348 @pindex calc-poly-div
23349 @tindex pdiv
23350 The @kbd{a \} (@code{calc-poly-div}) [@code{pdiv}] command divides
23351 two polynomials @expr{u} and @expr{v}, yielding a new polynomial
23352 @expr{q}.  If several variables occur in the inputs, the inputs are
23353 considered multivariate polynomials.  (Calc divides by the variable
23354 with the largest power in @expr{u} first, or, in the case of equal
23355 powers, chooses the variables in alphabetical order.)  For example,
23356 dividing @expr{x^2 + 3 x + 2} by @expr{x + 2} yields @expr{x + 1}.
23357 The remainder from the division, if any, is reported at the bottom
23358 of the screen and is also placed in the Trail along with the quotient.
23360 Using @code{pdiv} in algebraic notation, you can specify the particular
23361 variable to be used as the base: @code{pdiv(@var{a},@var{b},@var{x})}.
23362 If @code{pdiv} is given only two arguments (as is always the case with
23363 the @kbd{a \} command), then it does a multivariate division as outlined
23364 above.
23366 @kindex a %
23367 @pindex calc-poly-rem
23368 @tindex prem
23369 The @kbd{a %} (@code{calc-poly-rem}) [@code{prem}] command divides
23370 two polynomials and keeps the remainder @expr{r}.  The quotient
23371 @expr{q} is discarded.  For any formulas @expr{a} and @expr{b}, the
23372 results of @kbd{a \} and @kbd{a %} satisfy @expr{a = q b + r}.
23373 (This is analogous to plain @kbd{\} and @kbd{%}, which compute the
23374 integer quotient and remainder from dividing two numbers.)
23376 @kindex a /
23377 @kindex H a /
23378 @pindex calc-poly-div-rem
23379 @tindex pdivrem
23380 @tindex pdivide
23381 The @kbd{a /} (@code{calc-poly-div-rem}) [@code{pdivrem}] command
23382 divides two polynomials and reports both the quotient and the
23383 remainder as a vector @expr{[q, r]}.  The @kbd{H a /} [@code{pdivide}]
23384 command divides two polynomials and constructs the formula
23385 @expr{q + r/b} on the stack.  (Naturally if the remainder is zero,
23386 this will immediately simplify to @expr{q}.)
23388 @kindex a g
23389 @pindex calc-poly-gcd
23390 @tindex pgcd
23391 The @kbd{a g} (@code{calc-poly-gcd}) [@code{pgcd}] command computes
23392 the greatest common divisor of two polynomials.  (The GCD actually
23393 is unique only to within a constant multiplier; Calc attempts to
23394 choose a GCD which will be unsurprising.)  For example, the @kbd{a n}
23395 command uses @kbd{a g} to take the GCD of the numerator and denominator
23396 of a quotient, then divides each by the result using @kbd{a \}.  (The
23397 definition of GCD ensures that this division can take place without
23398 leaving a remainder.)
23400 While the polynomials used in operations like @kbd{a /} and @kbd{a g}
23401 often have integer coefficients, this is not required.  Calc can also
23402 deal with polynomials over the rationals or floating-point reals.
23403 Polynomials with modulo-form coefficients are also useful in many
23404 applications; if you enter @samp{(x^2 + 3 x - 1) mod 5}, Calc
23405 automatically transforms this into a polynomial over the field of
23406 integers mod 5:  @samp{(1 mod 5) x^2 + (3 mod 5) x + (4 mod 5)}.
23408 Congratulations and thanks go to Ove Ewerlid
23409 (@code{ewerlid@@mizar.DoCS.UU.SE}), who contributed many of the
23410 polynomial routines used in the above commands.
23412 @xref{Decomposing Polynomials}, for several useful functions for
23413 extracting the individual coefficients of a polynomial.
23415 @node Calculus, Solving Equations, Polynomials, Algebra
23416 @section Calculus
23418 @noindent
23419 The following calculus commands do not automatically simplify their
23420 inputs or outputs using @code{calc-simplify}.  You may find it helps
23421 to do this by hand by typing @kbd{a s} or @kbd{a e}.  It may also help
23422 to use @kbd{a x} and/or @kbd{a c} to arrange a result in the most
23423 readable way.
23425 @menu
23426 * Differentiation::
23427 * Integration::
23428 * Customizing the Integrator::
23429 * Numerical Integration::
23430 * Taylor Series::
23431 @end menu
23433 @node Differentiation, Integration, Calculus, Calculus
23434 @subsection Differentiation
23436 @noindent
23437 @kindex a d
23438 @kindex H a d
23439 @pindex calc-derivative
23440 @tindex deriv
23441 @tindex tderiv
23442 The @kbd{a d} (@code{calc-derivative}) [@code{deriv}] command computes
23443 the derivative of the expression on the top of the stack with respect to
23444 some variable, which it will prompt you to enter.  Normally, variables
23445 in the formula other than the specified differentiation variable are
23446 considered constant, i.e., @samp{deriv(y,x)} is reduced to zero.  With
23447 the Hyperbolic flag, the @code{tderiv} (total derivative) operation is used
23448 instead, in which derivatives of variables are not reduced to zero
23449 unless those variables are known to be ``constant,'' i.e., independent
23450 of any other variables.  (The built-in special variables like @code{pi}
23451 are considered constant, as are variables that have been declared
23452 @code{const}; @pxref{Declarations}.)
23454 With a numeric prefix argument @var{n}, this command computes the
23455 @var{n}th derivative.
23457 When working with trigonometric functions, it is best to switch to
23458 Radians mode first (with @w{@kbd{m r}}).  The derivative of @samp{sin(x)}
23459 in degrees is @samp{(pi/180) cos(x)}, probably not the expected
23460 answer!
23462 If you use the @code{deriv} function directly in an algebraic formula,
23463 you can write @samp{deriv(f,x,x0)} which represents the derivative
23464 of @expr{f} with respect to @expr{x}, evaluated at the point 
23465 @texline @math{x=x_0}.
23466 @infoline @expr{x=x0}.
23468 If the formula being differentiated contains functions which Calc does
23469 not know, the derivatives of those functions are produced by adding
23470 primes (apostrophe characters).  For example, @samp{deriv(f(2x), x)}
23471 produces @samp{2 f'(2 x)}, where the function @code{f'} represents the
23472 derivative of @code{f}.
23474 For functions you have defined with the @kbd{Z F} command, Calc expands
23475 the functions according to their defining formulas unless you have
23476 also defined @code{f'} suitably.  For example, suppose we define
23477 @samp{sinc(x) = sin(x)/x} using @kbd{Z F}.  If we then differentiate
23478 the formula @samp{sinc(2 x)}, the formula will be expanded to
23479 @samp{sin(2 x) / (2 x)} and differentiated.  However, if we also
23480 define @samp{sinc'(x) = dsinc(x)}, say, then Calc will write the
23481 result as @samp{2 dsinc(2 x)}.  @xref{Algebraic Definitions}.
23483 For multi-argument functions @samp{f(x,y,z)}, the derivative with respect
23484 to the first argument is written @samp{f'(x,y,z)}; derivatives with
23485 respect to the other arguments are @samp{f'2(x,y,z)} and @samp{f'3(x,y,z)}.
23486 Various higher-order derivatives can be formed in the obvious way, e.g.,
23487 @samp{f'@var{}'(x)} (the second derivative of @code{f}) or
23488 @samp{f'@var{}'2'3(x,y,z)} (@code{f} differentiated with respect to each
23489 argument once).
23491 @node Integration, Customizing the Integrator, Differentiation, Calculus
23492 @subsection Integration
23494 @noindent
23495 @kindex a i
23496 @pindex calc-integral
23497 @tindex integ
23498 The @kbd{a i} (@code{calc-integral}) [@code{integ}] command computes the
23499 indefinite integral of the expression on the top of the stack with
23500 respect to a prompted-for variable.  The integrator is not guaranteed to
23501 work for all integrable functions, but it is able to integrate several
23502 large classes of formulas.  In particular, any polynomial or rational
23503 function (a polynomial divided by a polynomial) is acceptable.
23504 (Rational functions don't have to be in explicit quotient form, however; 
23505 @texline @math{x/(1+x^{-2})}
23506 @infoline @expr{x/(1+x^-2)}
23507 is not strictly a quotient of polynomials, but it is equivalent to
23508 @expr{x^3/(x^2+1)}, which is.)  Also, square roots of terms involving
23509 @expr{x} and @expr{x^2} may appear in rational functions being
23510 integrated.  Finally, rational functions involving trigonometric or
23511 hyperbolic functions can be integrated.
23513 With an argument (@kbd{C-u a i}), this command will compute the definite
23514 integral of the expression on top of the stack.  In this case, the
23515 command will again prompt for an integration variable, then prompt for a
23516 lower limit and an upper limit.
23518 @ifinfo
23519 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23520 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23521 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23522 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23523 integral from @code{a} to @code{b}.
23524 @end ifinfo
23525 @tex
23526 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23527 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23528 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23529 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23530 integral $\int_a^b f(x) \, dx$.
23531 @end tex
23533 Please note that the current implementation of Calc's integrator sometimes
23534 produces results that are significantly more complex than they need to
23535 be.  For example, the integral Calc finds for 
23536 @texline @math{1/(x+\sqrt{x^2+1})}
23537 @infoline @expr{1/(x+sqrt(x^2+1))}
23538 is several times more complicated than the answer Mathematica
23539 returns for the same input, although the two forms are numerically
23540 equivalent.  Also, any indefinite integral should be considered to have
23541 an arbitrary constant of integration added to it, although Calc does not
23542 write an explicit constant of integration in its result.  For example,
23543 Calc's solution for 
23544 @texline @math{1/(1+\tan x)}
23545 @infoline @expr{1/(1+tan(x))} 
23546 differs from the solution given in the @emph{CRC Math Tables} by a
23547 constant factor of  
23548 @texline @math{\pi i / 2}
23549 @infoline @expr{pi i / 2},
23550 due to a different choice of constant of integration.
23552 The Calculator remembers all the integrals it has done.  If conditions
23553 change in a way that would invalidate the old integrals, say, a switch
23554 from Degrees to Radians mode, then they will be thrown out.  If you
23555 suspect this is not happening when it should, use the
23556 @code{calc-flush-caches} command; @pxref{Caches}.
23558 @vindex IntegLimit
23559 Calc normally will pursue integration by substitution or integration by
23560 parts up to 3 nested times before abandoning an approach as fruitless.
23561 If the integrator is taking too long, you can lower this limit by storing
23562 a number (like 2) in the variable @code{IntegLimit}.  (The @kbd{s I}
23563 command is a convenient way to edit @code{IntegLimit}.)  If this variable
23564 has no stored value or does not contain a nonnegative integer, a limit
23565 of 3 is used.  The lower this limit is, the greater the chance that Calc
23566 will be unable to integrate a function it could otherwise handle.  Raising
23567 this limit allows the Calculator to solve more integrals, though the time
23568 it takes may grow exponentially.  You can monitor the integrator's actions
23569 by creating an Emacs buffer called @code{*Trace*}.  If such a buffer
23570 exists, the @kbd{a i} command will write a log of its actions there.
23572 If you want to manipulate integrals in a purely symbolic way, you can
23573 set the integration nesting limit to 0 to prevent all but fast
23574 table-lookup solutions of integrals.  You might then wish to define
23575 rewrite rules for integration by parts, various kinds of substitutions,
23576 and so on.  @xref{Rewrite Rules}.
23578 @node Customizing the Integrator, Numerical Integration, Integration, Calculus
23579 @subsection Customizing the Integrator
23581 @noindent
23582 @vindex IntegRules
23583 Calc has two built-in rewrite rules called @code{IntegRules} and
23584 @code{IntegAfterRules} which you can edit to define new integration
23585 methods.  @xref{Rewrite Rules}.  At each step of the integration process,
23586 Calc wraps the current integrand in a call to the fictitious function
23587 @samp{integtry(@var{expr},@var{var})}, where @var{expr} is the
23588 integrand and @var{var} is the integration variable.  If your rules
23589 rewrite this to be a plain formula (not a call to @code{integtry}), then
23590 Calc will use this formula as the integral of @var{expr}.  For example,
23591 the rule @samp{integtry(mysin(x),x) := -mycos(x)} would define a rule to
23592 integrate a function @code{mysin} that acts like the sine function.
23593 Then, putting @samp{4 mysin(2y+1)} on the stack and typing @kbd{a i y}
23594 will produce the integral @samp{-2 mycos(2y+1)}.  Note that Calc has
23595 automatically made various transformations on the integral to allow it
23596 to use your rule; integral tables generally give rules for
23597 @samp{mysin(a x + b)}, but you don't need to use this much generality
23598 in your @code{IntegRules}.
23600 @cindex Exponential integral Ei(x)
23601 @ignore
23602 @starindex
23603 @end ignore
23604 @tindex Ei
23605 As a more serious example, the expression @samp{exp(x)/x} cannot be
23606 integrated in terms of the standard functions, so the ``exponential
23607 integral'' function 
23608 @texline @math{{\rm Ei}(x)}
23609 @infoline @expr{Ei(x)} 
23610 was invented to describe it.
23611 We can get Calc to do this integral in terms of a made-up @code{Ei}
23612 function by adding the rule @samp{[integtry(exp(x)/x, x) := Ei(x)]}
23613 to @code{IntegRules}.  Now entering @samp{exp(2x)/x} on the stack
23614 and typing @kbd{a i x} yields @samp{Ei(2 x)}.  This new rule will
23615 work with Calc's various built-in integration methods (such as
23616 integration by substitution) to solve a variety of other problems
23617 involving @code{Ei}:  For example, now Calc will also be able to
23618 integrate @samp{exp(exp(x))} and @samp{ln(ln(x))} (to get @samp{Ei(exp(x))}
23619 and @samp{x ln(ln(x)) - Ei(ln(x))}, respectively).
23621 Your rule may do further integration by calling @code{integ}.  For
23622 example, @samp{integtry(twice(u),x) := twice(integ(u))} allows Calc
23623 to integrate @samp{twice(sin(x))} to get @samp{twice(-cos(x))}.
23624 Note that @code{integ} was called with only one argument.  This notation
23625 is allowed only within @code{IntegRules}; it means ``integrate this
23626 with respect to the same integration variable.''  If Calc is unable
23627 to integrate @code{u}, the integration that invoked @code{IntegRules}
23628 also fails.  Thus integrating @samp{twice(f(x))} fails, returning the
23629 unevaluated integral @samp{integ(twice(f(x)), x)}.  It is still valid
23630 to call @code{integ} with two or more arguments, however; in this case,
23631 if @code{u} is not integrable, @code{twice} itself will still be
23632 integrated:  If the above rule is changed to @samp{... := twice(integ(u,x))},
23633 then integrating @samp{twice(f(x))} will yield @samp{twice(integ(f(x),x))}.
23635 If a rule instead produces the formula @samp{integsubst(@var{sexpr},
23636 @var{svar})}, either replacing the top-level @code{integtry} call or
23637 nested anywhere inside the expression, then Calc will apply the
23638 substitution @samp{@var{u} = @var{sexpr}(@var{svar})} to try to
23639 integrate the original @var{expr}.  For example, the rule
23640 @samp{sqrt(a) := integsubst(sqrt(x),x)} says that if Calc ever finds
23641 a square root in the integrand, it should attempt the substitution
23642 @samp{u = sqrt(x)}.  (This particular rule is unnecessary because
23643 Calc always tries ``obvious'' substitutions where @var{sexpr} actually
23644 appears in the integrand.)  The variable @var{svar} may be the same
23645 as the @var{var} that appeared in the call to @code{integtry}, but
23646 it need not be.
23648 When integrating according to an @code{integsubst}, Calc uses the
23649 equation solver to find the inverse of @var{sexpr} (if the integrand
23650 refers to @var{var} anywhere except in subexpressions that exactly
23651 match @var{sexpr}).  It uses the differentiator to find the derivative
23652 of @var{sexpr} and/or its inverse (it has two methods that use one
23653 derivative or the other).  You can also specify these items by adding
23654 extra arguments to the @code{integsubst} your rules construct; the
23655 general form is @samp{integsubst(@var{sexpr}, @var{svar}, @var{sinv},
23656 @var{sprime})}, where @var{sinv} is the inverse of @var{sexpr} (still
23657 written as a function of @var{svar}), and @var{sprime} is the
23658 derivative of @var{sexpr} with respect to @var{svar}.  If you don't
23659 specify these things, and Calc is not able to work them out on its
23660 own with the information it knows, then your substitution rule will
23661 work only in very specific, simple cases.
23663 Calc applies @code{IntegRules} as if by @kbd{C-u 1 a r IntegRules};
23664 in other words, Calc stops rewriting as soon as any rule in your rule
23665 set succeeds.  (If it weren't for this, the @samp{integsubst(sqrt(x),x)}
23666 example above would keep on adding layers of @code{integsubst} calls
23667 forever!)
23669 @vindex IntegSimpRules
23670 Another set of rules, stored in @code{IntegSimpRules}, are applied
23671 every time the integrator uses @kbd{a s} to simplify an intermediate
23672 result.  For example, putting the rule @samp{twice(x) := 2 x} into
23673 @code{IntegSimpRules} would tell Calc to convert the @code{twice}
23674 function into a form it knows whenever integration is attempted.
23676 One more way to influence the integrator is to define a function with
23677 the @kbd{Z F} command (@pxref{Algebraic Definitions}).  Calc's
23678 integrator automatically expands such functions according to their
23679 defining formulas, even if you originally asked for the function to
23680 be left unevaluated for symbolic arguments.  (Certain other Calc
23681 systems, such as the differentiator and the equation solver, also
23682 do this.)
23684 @vindex IntegAfterRules
23685 Sometimes Calc is able to find a solution to your integral, but it
23686 expresses the result in a way that is unnecessarily complicated.  If
23687 this happens, you can either use @code{integsubst} as described
23688 above to try to hint at a more direct path to the desired result, or
23689 you can use @code{IntegAfterRules}.  This is an extra rule set that
23690 runs after the main integrator returns its result; basically, Calc does
23691 an @kbd{a r IntegAfterRules} on the result before showing it to you.
23692 (It also does an @kbd{a s}, without @code{IntegSimpRules}, after that
23693 to further simplify the result.)  For example, Calc's integrator
23694 sometimes produces expressions of the form @samp{ln(1+x) - ln(1-x)};
23695 the default @code{IntegAfterRules} rewrite this into the more readable
23696 form @samp{2 arctanh(x)}.  Note that, unlike @code{IntegRules},
23697 @code{IntegSimpRules} and @code{IntegAfterRules} are applied any number
23698 of times until no further changes are possible.  Rewriting by
23699 @code{IntegAfterRules} occurs only after the main integrator has
23700 finished, not at every step as for @code{IntegRules} and
23701 @code{IntegSimpRules}.
23703 @node Numerical Integration, Taylor Series, Customizing the Integrator, Calculus
23704 @subsection Numerical Integration
23706 @noindent
23707 @kindex a I
23708 @pindex calc-num-integral
23709 @tindex ninteg
23710 If you want a purely numerical answer to an integration problem, you can
23711 use the @kbd{a I} (@code{calc-num-integral}) [@code{ninteg}] command.  This
23712 command prompts for an integration variable, a lower limit, and an
23713 upper limit.  Except for the integration variable, all other variables
23714 that appear in the integrand formula must have stored values.  (A stored
23715 value, if any, for the integration variable itself is ignored.)
23717 Numerical integration works by evaluating your formula at many points in
23718 the specified interval.  Calc uses an ``open Romberg'' method; this means
23719 that it does not evaluate the formula actually at the endpoints (so that
23720 it is safe to integrate @samp{sin(x)/x} from zero, for example).  Also,
23721 the Romberg method works especially well when the function being
23722 integrated is fairly smooth.  If the function is not smooth, Calc will
23723 have to evaluate it at quite a few points before it can accurately
23724 determine the value of the integral.
23726 Integration is much faster when the current precision is small.  It is
23727 best to set the precision to the smallest acceptable number of digits
23728 before you use @kbd{a I}.  If Calc appears to be taking too long, press
23729 @kbd{C-g} to halt it and try a lower precision.  If Calc still appears
23730 to need hundreds of evaluations, check to make sure your function is
23731 well-behaved in the specified interval.
23733 It is possible for the lower integration limit to be @samp{-inf} (minus
23734 infinity).  Likewise, the upper limit may be plus infinity.  Calc
23735 internally transforms the integral into an equivalent one with finite
23736 limits.  However, integration to or across singularities is not supported:
23737 The integral of @samp{1/sqrt(x)} from 0 to 1 exists (it can be found
23738 by Calc's symbolic integrator, for example), but @kbd{a I} will fail
23739 because the integrand goes to infinity at one of the endpoints.
23741 @node Taylor Series, , Numerical Integration, Calculus
23742 @subsection Taylor Series
23744 @noindent
23745 @kindex a t
23746 @pindex calc-taylor
23747 @tindex taylor
23748 The @kbd{a t} (@code{calc-taylor}) [@code{taylor}] command computes a
23749 power series expansion or Taylor series of a function.  You specify the
23750 variable and the desired number of terms.  You may give an expression of
23751 the form @samp{@var{var} = @var{a}} or @samp{@var{var} - @var{a}} instead
23752 of just a variable to produce a Taylor expansion about the point @var{a}.
23753 You may specify the number of terms with a numeric prefix argument;
23754 otherwise the command will prompt you for the number of terms.  Note that
23755 many series expansions have coefficients of zero for some terms, so you
23756 may appear to get fewer terms than you asked for.
23758 If the @kbd{a i} command is unable to find a symbolic integral for a
23759 function, you can get an approximation by integrating the function's
23760 Taylor series.
23762 @node Solving Equations, Numerical Solutions, Calculus, Algebra
23763 @section Solving Equations
23765 @noindent
23766 @kindex a S
23767 @pindex calc-solve-for
23768 @tindex solve
23769 @cindex Equations, solving
23770 @cindex Solving equations
23771 The @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) [@code{solve}] command rearranges
23772 an equation to solve for a specific variable.  An equation is an
23773 expression of the form @expr{L = R}.  For example, the command @kbd{a S x}
23774 will rearrange @expr{y = 3x + 6} to the form, @expr{x = y/3 - 2}.  If the
23775 input is not an equation, it is treated like an equation of the
23776 form @expr{X = 0}.
23778 This command also works for inequalities, as in @expr{y < 3x + 6}.
23779 Some inequalities cannot be solved where the analogous equation could
23780 be; for example, solving 
23781 @texline @math{a < b \, c}
23782 @infoline @expr{a < b c} 
23783 for @expr{b} is impossible
23784 without knowing the sign of @expr{c}.  In this case, @kbd{a S} will
23785 produce the result 
23786 @texline @math{b \mathbin{\hbox{\code{!=}}} a/c}
23787 @infoline @expr{b != a/c} 
23788 (using the not-equal-to operator) to signify that the direction of the
23789 inequality is now unknown.  The inequality 
23790 @texline @math{a \le b \, c}
23791 @infoline @expr{a <= b c} 
23792 is not even partially solved.  @xref{Declarations}, for a way to tell
23793 Calc that the signs of the variables in a formula are in fact known.
23795 Two useful commands for working with the result of @kbd{a S} are
23796 @kbd{a .} (@pxref{Logical Operations}), which converts @expr{x = y/3 - 2}
23797 to @expr{y/3 - 2}, and @kbd{s l} (@pxref{Let Command}) which evaluates
23798 another formula with @expr{x} set equal to @expr{y/3 - 2}.
23800 @menu
23801 * Multiple Solutions::
23802 * Solving Systems of Equations::
23803 * Decomposing Polynomials::
23804 @end menu
23806 @node Multiple Solutions, Solving Systems of Equations, Solving Equations, Solving Equations
23807 @subsection Multiple Solutions
23809 @noindent
23810 @kindex H a S
23811 @tindex fsolve
23812 Some equations have more than one solution.  The Hyperbolic flag
23813 (@code{H a S}) [@code{fsolve}] tells the solver to report the fully
23814 general family of solutions.  It will invent variables @code{n1},
23815 @code{n2}, @dots{}, which represent independent arbitrary integers, and
23816 @code{s1}, @code{s2}, @dots{}, which represent independent arbitrary
23817 signs (either @mathit{+1} or @mathit{-1}).  If you don't use the Hyperbolic
23818 flag, Calc will use zero in place of all arbitrary integers, and plus
23819 one in place of all arbitrary signs.  Note that variables like @code{n1}
23820 and @code{s1} are not given any special interpretation in Calc except by
23821 the equation solver itself.  As usual, you can use the @w{@kbd{s l}}
23822 (@code{calc-let}) command to obtain solutions for various actual values
23823 of these variables.
23825 For example, @kbd{' x^2 = y @key{RET} H a S x @key{RET}} solves to
23826 get @samp{x = s1 sqrt(y)}, indicating that the two solutions to the
23827 equation are @samp{sqrt(y)} and @samp{-sqrt(y)}.  Another way to
23828 think about it is that the square-root operation is really a
23829 two-valued function; since every Calc function must return a
23830 single result, @code{sqrt} chooses to return the positive result.
23831 Then @kbd{H a S} doctors this result using @code{s1} to indicate
23832 the full set of possible values of the mathematical square-root.
23834 There is a similar phenomenon going the other direction:  Suppose
23835 we solve @samp{sqrt(y) = x} for @code{y}.  Calc squares both sides
23836 to get @samp{y = x^2}.  This is correct, except that it introduces
23837 some dubious solutions.  Consider solving @samp{sqrt(y) = -3}:
23838 Calc will report @expr{y = 9} as a valid solution, which is true
23839 in the mathematical sense of square-root, but false (there is no
23840 solution) for the actual Calc positive-valued @code{sqrt}.  This
23841 happens for both @kbd{a S} and @kbd{H a S}.
23843 @cindex @code{GenCount} variable
23844 @vindex GenCount
23845 @ignore
23846 @starindex
23847 @end ignore
23848 @tindex an
23849 @ignore
23850 @starindex
23851 @end ignore
23852 @tindex as
23853 If you store a positive integer in the Calc variable @code{GenCount},
23854 then Calc will generate formulas of the form @samp{as(@var{n})} for
23855 arbitrary signs, and @samp{an(@var{n})} for arbitrary integers,
23856 where @var{n} represents successive values taken by incrementing
23857 @code{GenCount} by one.  While the normal arbitrary sign and
23858 integer symbols start over at @code{s1} and @code{n1} with each
23859 new Calc command, the @code{GenCount} approach will give each
23860 arbitrary value a name that is unique throughout the entire Calc
23861 session.  Also, the arbitrary values are function calls instead
23862 of variables, which is advantageous in some cases.  For example,
23863 you can make a rewrite rule that recognizes all arbitrary signs
23864 using a pattern like @samp{as(n)}.  The @kbd{s l} command only works
23865 on variables, but you can use the @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
23866 command to substitute actual values for function calls like @samp{as(3)}.
23868 The @kbd{s G} (@code{calc-edit-GenCount}) command is a convenient
23869 way to create or edit this variable.  Press @kbd{C-c C-c} to finish.
23871 If you have not stored a value in @code{GenCount}, or if the value
23872 in that variable is not a positive integer, the regular
23873 @code{s1}/@code{n1} notation is used.
23875 @kindex I a S
23876 @kindex H I a S
23877 @tindex finv
23878 @tindex ffinv
23879 With the Inverse flag, @kbd{I a S} [@code{finv}] treats the expression
23880 on top of the stack as a function of the specified variable and solves
23881 to find the inverse function, written in terms of the same variable.
23882 For example, @kbd{I a S x} inverts @expr{2x + 6} to @expr{x/2 - 3}.
23883 You can use both Inverse and Hyperbolic [@code{ffinv}] to obtain a
23884 fully general inverse, as described above.
23886 @kindex a P
23887 @pindex calc-poly-roots
23888 @tindex roots
23889 Some equations, specifically polynomials, have a known, finite number
23890 of solutions.  The @kbd{a P} (@code{calc-poly-roots}) [@code{roots}]
23891 command uses @kbd{H a S} to solve an equation in general form, then, for
23892 all arbitrary-sign variables like @code{s1}, and all arbitrary-integer
23893 variables like @code{n1} for which @code{n1} only usefully varies over
23894 a finite range, it expands these variables out to all their possible
23895 values.  The results are collected into a vector, which is returned.
23896 For example, @samp{roots(x^4 = 1, x)} returns the four solutions
23897 @samp{[1, -1, (0, 1), (0, -1)]}.  Generally an @var{n}th degree
23898 polynomial will always have @var{n} roots on the complex plane.
23899 (If you have given a @code{real} declaration for the solution
23900 variable, then only the real-valued solutions, if any, will be
23901 reported; @pxref{Declarations}.)
23903 Note that because @kbd{a P} uses @kbd{H a S}, it is able to deliver
23904 symbolic solutions if the polynomial has symbolic coefficients.  Also
23905 note that Calc's solver is not able to get exact symbolic solutions
23906 to all polynomials.  Polynomials containing powers up to @expr{x^4}
23907 can always be solved exactly; polynomials of higher degree sometimes
23908 can be:  @expr{x^6 + x^3 + 1} is converted to @expr{(x^3)^2 + (x^3) + 1},
23909 which can be solved for @expr{x^3} using the quadratic equation, and then
23910 for @expr{x} by taking cube roots.  But in many cases, like
23911 @expr{x^6 + x + 1}, Calc does not know how to rewrite the polynomial
23912 into a form it can solve.  The @kbd{a P} command can still deliver a
23913 list of numerical roots, however, provided that Symbolic mode (@kbd{m s})
23914 is not turned on.  (If you work with Symbolic mode on, recall that the
23915 @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) key is a handy way to reevaluate the
23916 formula on the stack with Symbolic mode temporarily off.)  Naturally,
23917 @kbd{a P} can only provide numerical roots if the polynomial coefficients
23918 are all numbers (real or complex).
23920 @node Solving Systems of Equations, Decomposing Polynomials, Multiple Solutions, Solving Equations
23921 @subsection Solving Systems of Equations
23923 @noindent
23924 @cindex Systems of equations, symbolic
23925 You can also use the commands described above to solve systems of
23926 simultaneous equations.  Just create a vector of equations, then
23927 specify a vector of variables for which to solve.  (You can omit
23928 the surrounding brackets when entering the vector of variables
23929 at the prompt.)
23931 For example, putting @samp{[x + y = a, x - y = b]} on the stack
23932 and typing @kbd{a S x,y @key{RET}} produces the vector of solutions
23933 @samp{[x = a - (a-b)/2, y = (a-b)/2]}.  The result vector will
23934 have the same length as the variables vector, and the variables
23935 will be listed in the same order there.  Note that the solutions
23936 are not always simplified as far as possible; the solution for
23937 @expr{x} here could be improved by an application of the @kbd{a n}
23938 command.
23940 Calc's algorithm works by trying to eliminate one variable at a
23941 time by solving one of the equations for that variable and then
23942 substituting into the other equations.  Calc will try all the
23943 possibilities, but you can speed things up by noting that Calc
23944 first tries to eliminate the first variable with the first
23945 equation, then the second variable with the second equation,
23946 and so on.  It also helps to put the simpler (e.g., more linear)
23947 equations toward the front of the list.  Calc's algorithm will
23948 solve any system of linear equations, and also many kinds of
23949 nonlinear systems.
23951 @ignore
23952 @starindex
23953 @end ignore
23954 @tindex elim
23955 Normally there will be as many variables as equations.  If you
23956 give fewer variables than equations (an ``over-determined'' system
23957 of equations), Calc will find a partial solution.  For example,
23958 typing @kbd{a S y @key{RET}} with the above system of equations
23959 would produce @samp{[y = a - x]}.  There are now several ways to
23960 express this solution in terms of the original variables; Calc uses
23961 the first one that it finds.  You can control the choice by adding
23962 variable specifiers of the form @samp{elim(@var{v})} to the
23963 variables list.  This says that @var{v} should be eliminated from
23964 the equations; the variable will not appear at all in the solution.
23965 For example, typing @kbd{a S y,elim(x)} would yield
23966 @samp{[y = a - (b+a)/2]}.
23968 If the variables list contains only @code{elim} specifiers,
23969 Calc simply eliminates those variables from the equations
23970 and then returns the resulting set of equations.  For example,
23971 @kbd{a S elim(x)} produces @samp{[a - 2 y = b]}.  Every variable
23972 eliminated will reduce the number of equations in the system
23973 by one.
23975 Again, @kbd{a S} gives you one solution to the system of
23976 equations.  If there are several solutions, you can use @kbd{H a S}
23977 to get a general family of solutions, or, if there is a finite
23978 number of solutions, you can use @kbd{a P} to get a list.  (In
23979 the latter case, the result will take the form of a matrix where
23980 the rows are different solutions and the columns correspond to the
23981 variables you requested.)
23983 Another way to deal with certain kinds of overdetermined systems of
23984 equations is the @kbd{a F} command, which does least-squares fitting
23985 to satisfy the equations.  @xref{Curve Fitting}.
23987 @node Decomposing Polynomials, , Solving Systems of Equations, Solving Equations
23988 @subsection Decomposing Polynomials
23990 @noindent
23991 @ignore
23992 @starindex
23993 @end ignore
23994 @tindex poly
23995 The @code{poly} function takes a polynomial and a variable as
23996 arguments, and returns a vector of polynomial coefficients (constant
23997 coefficient first).  For example, @samp{poly(x^3 + 2 x, x)} returns
23998 @expr{[0, 2, 0, 1]}.  If the input is not a polynomial in @expr{x},
23999 the call to @code{poly} is left in symbolic form.  If the input does
24000 not involve the variable @expr{x}, the input is returned in a list
24001 of length one, representing a polynomial with only a constant
24002 coefficient.  The call @samp{poly(x, x)} returns the vector @expr{[0, 1]}.
24003 The last element of the returned vector is guaranteed to be nonzero;
24004 note that @samp{poly(0, x)} returns the empty vector @expr{[]}.
24005 Note also that @expr{x} may actually be any formula; for example,
24006 @samp{poly(sin(x)^2 - sin(x) + 3, sin(x))} returns @expr{[3, -1, 1]}.
24008 @cindex Coefficients of polynomial
24009 @cindex Degree of polynomial
24010 To get the @expr{x^k} coefficient of polynomial @expr{p}, use
24011 @samp{poly(p, x)_(k+1)}.  To get the degree of polynomial @expr{p},
24012 use @samp{vlen(poly(p, x)) - 1}.  For example, @samp{poly((x+1)^4, x)}
24013 returns @samp{[1, 4, 6, 4, 1]}, so @samp{poly((x+1)^4, x)_(2+1)}
24014 gives the @expr{x^2} coefficient of this polynomial, 6.
24016 @ignore
24017 @starindex
24018 @end ignore
24019 @tindex gpoly
24020 One important feature of the solver is its ability to recognize
24021 formulas which are ``essentially'' polynomials.  This ability is
24022 made available to the user through the @code{gpoly} function, which
24023 is used just like @code{poly}:  @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var})}.
24024 If @var{expr} is a polynomial in some term which includes @var{var}, then
24025 this function will return a vector @samp{[@var{x}, @var{c}, @var{a}]}
24026 where @var{x} is the term that depends on @var{var}, @var{c} is a
24027 vector of polynomial coefficients (like the one returned by @code{poly}),
24028 and @var{a} is a multiplier which is usually 1.  Basically,
24029 @samp{@var{expr} = @var{a}*(@var{c}_1 + @var{c}_2 @var{x} +
24030 @var{c}_3 @var{x}^2 + ...)}.  The last element of @var{c} is
24031 guaranteed to be non-zero, and @var{c} will not equal @samp{[1]}
24032 (i.e., the trivial decomposition @var{expr} = @var{x} is not
24033 considered a polynomial).  One side effect is that @samp{gpoly(x, x)}
24034 and @samp{gpoly(6, x)}, both of which might be expected to recognize
24035 their arguments as polynomials, will not because the decomposition
24036 is considered trivial.
24038 For example, @samp{gpoly((x-2)^2, x)} returns @samp{[x, [4, -4, 1], 1]},
24039 since the expanded form of this polynomial is @expr{4 - 4 x + x^2}.
24041 The term @var{x} may itself be a polynomial in @var{var}.  This is
24042 done to reduce the size of the @var{c} vector.  For example,
24043 @samp{gpoly(x^4 + x^2 - 1, x)} returns @samp{[x^2, [-1, 1, 1], 1]},
24044 since a quadratic polynomial in @expr{x^2} is easier to solve than
24045 a quartic polynomial in @expr{x}.
24047 A few more examples of the kinds of polynomials @code{gpoly} can
24048 discover:
24050 @smallexample
24051 sin(x) - 1               [sin(x), [-1, 1], 1]
24052 x + 1/x - 1              [x, [1, -1, 1], 1/x]
24053 x + 1/x                  [x^2, [1, 1], 1/x]
24054 x^3 + 2 x                [x^2, [2, 1], x]
24055 x + x^2:3 + sqrt(x)      [x^1:6, [1, 1, 0, 1], x^1:2]
24056 x^(2a) + 2 x^a + 5       [x^a, [5, 2, 1], 1]
24057 (exp(-x) + exp(x)) / 2   [e^(2 x), [0.5, 0.5], e^-x]
24058 @end smallexample
24060 The @code{poly} and @code{gpoly} functions accept a third integer argument
24061 which specifies the largest degree of polynomial that is acceptable.
24062 If this is @expr{n}, then only @var{c} vectors of length @expr{n+1}
24063 or less will be returned.  Otherwise, the @code{poly} or @code{gpoly}
24064 call will remain in symbolic form.  For example, the equation solver
24065 can handle quartics and smaller polynomials, so it calls
24066 @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var}, 4)} to discover whether @var{expr}
24067 can be treated by its linear, quadratic, cubic, or quartic formulas.
24069 @ignore
24070 @starindex
24071 @end ignore
24072 @tindex pdeg
24073 The @code{pdeg} function computes the degree of a polynomial;
24074 @samp{pdeg(p,x)} is the highest power of @code{x} that appears in
24075 @code{p}.  This is the same as @samp{vlen(poly(p,x))-1}, but is
24076 much more efficient.  If @code{p} is constant with respect to @code{x},
24077 then @samp{pdeg(p,x) = 0}.  If @code{p} is not a polynomial in @code{x}
24078 (e.g., @samp{pdeg(2 cos(x), x)}, the function remains unevaluated.
24079 It is possible to omit the second argument @code{x}, in which case
24080 @samp{pdeg(p)} returns the highest total degree of any term of the
24081 polynomial, counting all variables that appear in @code{p}.  Note
24082 that @code{pdeg(c) = pdeg(c,x) = 0} for any nonzero constant @code{c};
24083 the degree of the constant zero is considered to be @code{-inf}
24084 (minus infinity).
24086 @ignore
24087 @starindex
24088 @end ignore
24089 @tindex plead
24090 The @code{plead} function finds the leading term of a polynomial.
24091 Thus @samp{plead(p,x)} is equivalent to @samp{poly(p,x)_vlen(poly(p,x))},
24092 though again more efficient.  In particular, @samp{plead((2x+1)^10, x)}
24093 returns 1024 without expanding out the list of coefficients.  The
24094 value of @code{plead(p,x)} will be zero only if @expr{p = 0}.
24096 @ignore
24097 @starindex
24098 @end ignore
24099 @tindex pcont
24100 The @code{pcont} function finds the @dfn{content} of a polynomial.  This
24101 is the greatest common divisor of all the coefficients of the polynomial.
24102 With two arguments, @code{pcont(p,x)} effectively uses @samp{poly(p,x)}
24103 to get a list of coefficients, then uses @code{pgcd} (the polynomial
24104 GCD function) to combine these into an answer.  For example,
24105 @samp{pcont(4 x y^2 + 6 x^2 y, x)} is @samp{2 y}.  The content is
24106 basically the ``biggest'' polynomial that can be divided into @code{p}
24107 exactly.  The sign of the content is the same as the sign of the leading
24108 coefficient.
24110 With only one argument, @samp{pcont(p)} computes the numerical
24111 content of the polynomial, i.e., the @code{gcd} of the numerical
24112 coefficients of all the terms in the formula.  Note that @code{gcd}
24113 is defined on rational numbers as well as integers; it computes
24114 the @code{gcd} of the numerators and the @code{lcm} of the
24115 denominators.  Thus @samp{pcont(4:3 x y^2 + 6 x^2 y)} returns 2:3.
24116 Dividing the polynomial by this number will clear all the
24117 denominators, as well as dividing by any common content in the
24118 numerators.  The numerical content of a polynomial is negative only
24119 if all the coefficients in the polynomial are negative.
24121 @ignore
24122 @starindex
24123 @end ignore
24124 @tindex pprim
24125 The @code{pprim} function finds the @dfn{primitive part} of a
24126 polynomial, which is simply the polynomial divided (using @code{pdiv}
24127 if necessary) by its content.  If the input polynomial has rational
24128 coefficients, the result will have integer coefficients in simplest
24129 terms.
24131 @node Numerical Solutions, Curve Fitting, Solving Equations, Algebra
24132 @section Numerical Solutions
24134 @noindent
24135 Not all equations can be solved symbolically.  The commands in this
24136 section use numerical algorithms that can find a solution to a specific
24137 instance of an equation to any desired accuracy.  Note that the
24138 numerical commands are slower than their algebraic cousins; it is a
24139 good idea to try @kbd{a S} before resorting to these commands.
24141 (@xref{Curve Fitting}, for some other, more specialized, operations
24142 on numerical data.)
24144 @menu
24145 * Root Finding::
24146 * Minimization::
24147 * Numerical Systems of Equations::
24148 @end menu
24150 @node Root Finding, Minimization, Numerical Solutions, Numerical Solutions
24151 @subsection Root Finding
24153 @noindent
24154 @kindex a R
24155 @pindex calc-find-root
24156 @tindex root
24157 @cindex Newton's method
24158 @cindex Roots of equations
24159 @cindex Numerical root-finding
24160 The @kbd{a R} (@code{calc-find-root}) [@code{root}] command finds a
24161 numerical solution (or @dfn{root}) of an equation.  (This command treats
24162 inequalities the same as equations.  If the input is any other kind
24163 of formula, it is interpreted as an equation of the form @expr{X = 0}.)
24165 The @kbd{a R} command requires an initial guess on the top of the
24166 stack, and a formula in the second-to-top position.  It prompts for a
24167 solution variable, which must appear in the formula.  All other variables
24168 that appear in the formula must have assigned values, i.e., when
24169 a value is assigned to the solution variable and the formula is
24170 evaluated with @kbd{=}, it should evaluate to a number.  Any assigned
24171 value for the solution variable itself is ignored and unaffected by
24172 this command.
24174 When the command completes, the initial guess is replaced on the stack
24175 by a vector of two numbers:  The value of the solution variable that
24176 solves the equation, and the difference between the lefthand and
24177 righthand sides of the equation at that value.  Ordinarily, the second
24178 number will be zero or very nearly zero.  (Note that Calc uses a
24179 slightly higher precision while finding the root, and thus the second
24180 number may be slightly different from the value you would compute from
24181 the equation yourself.)
24183 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) command is a handy way to extract
24184 the first element of the result vector, discarding the error term.
24186 The initial guess can be a real number, in which case Calc searches
24187 for a real solution near that number, or a complex number, in which
24188 case Calc searches the whole complex plane near that number for a
24189 solution, or it can be an interval form which restricts the search
24190 to real numbers inside that interval.
24192 Calc tries to use @kbd{a d} to take the derivative of the equation.
24193 If this succeeds, it uses Newton's method.  If the equation is not
24194 differentiable Calc uses a bisection method.  (If Newton's method
24195 appears to be going astray, Calc switches over to bisection if it
24196 can, or otherwise gives up.  In this case it may help to try again
24197 with a slightly different initial guess.)  If the initial guess is a
24198 complex number, the function must be differentiable.
24200 If the formula (or the difference between the sides of an equation)
24201 is negative at one end of the interval you specify and positive at
24202 the other end, the root finder is guaranteed to find a root.
24203 Otherwise, Calc subdivides the interval into small parts looking for
24204 positive and negative values to bracket the root.  When your guess is
24205 an interval, Calc will not look outside that interval for a root.
24207 @kindex H a R
24208 @tindex wroot
24209 The @kbd{H a R} [@code{wroot}] command is similar to @kbd{a R}, except
24210 that if the initial guess is an interval for which the function has
24211 the same sign at both ends, then rather than subdividing the interval
24212 Calc attempts to widen it to enclose a root.  Use this mode if
24213 you are not sure if the function has a root in your interval.
24215 If the function is not differentiable, and you give a simple number
24216 instead of an interval as your initial guess, Calc uses this widening
24217 process even if you did not type the Hyperbolic flag.  (If the function
24218 @emph{is} differentiable, Calc uses Newton's method which does not
24219 require a bounding interval in order to work.)
24221 If Calc leaves the @code{root} or @code{wroot} function in symbolic
24222 form on the stack, it will normally display an explanation for why
24223 no root was found.  If you miss this explanation, press @kbd{w}
24224 (@code{calc-why}) to get it back.
24226 @node Minimization, Numerical Systems of Equations, Root Finding, Numerical Solutions
24227 @subsection Minimization
24229 @noindent
24230 @kindex a N
24231 @kindex H a N
24232 @kindex a X
24233 @kindex H a X
24234 @pindex calc-find-minimum
24235 @pindex calc-find-maximum
24236 @tindex minimize
24237 @tindex maximize
24238 @cindex Minimization, numerical
24239 The @kbd{a N} (@code{calc-find-minimum}) [@code{minimize}] command
24240 finds a minimum value for a formula.  It is very similar in operation
24241 to @kbd{a R} (@code{calc-find-root}):  You give the formula and an initial
24242 guess on the stack, and are prompted for the name of a variable.  The guess
24243 may be either a number near the desired minimum, or an interval enclosing
24244 the desired minimum.  The function returns a vector containing the
24245 value of the variable which minimizes the formula's value, along
24246 with the minimum value itself.
24248 Note that this command looks for a @emph{local} minimum.  Many functions
24249 have more than one minimum; some, like 
24250 @texline @math{x \sin x},
24251 @infoline @expr{x sin(x)}, 
24252 have infinitely many.  In fact, there is no easy way to define the
24253 ``global'' minimum of 
24254 @texline @math{x \sin x}
24255 @infoline @expr{x sin(x)} 
24256 but Calc can still locate any particular local minimum
24257 for you.  Calc basically goes downhill from the initial guess until it
24258 finds a point at which the function's value is greater both to the left
24259 and to the right.  Calc does not use derivatives when minimizing a function.
24261 If your initial guess is an interval and it looks like the minimum
24262 occurs at one or the other endpoint of the interval, Calc will return
24263 that endpoint only if that endpoint is closed; thus, minimizing @expr{17 x}
24264 over @expr{[2..3]} will return @expr{[2, 38]}, but minimizing over
24265 @expr{(2..3]} would report no minimum found.  In general, you should
24266 use closed intervals to find literally the minimum value in that
24267 range of @expr{x}, or open intervals to find the local minimum, if
24268 any, that happens to lie in that range.
24270 Most functions are smooth and flat near their minimum values.  Because
24271 of this flatness, if the current precision is, say, 12 digits, the
24272 variable can only be determined meaningfully to about six digits.  Thus
24273 you should set the precision to twice as many digits as you need in your
24274 answer.
24276 @ignore
24277 @mindex wmin@idots
24278 @end ignore
24279 @tindex wminimize
24280 @ignore
24281 @mindex wmax@idots
24282 @end ignore
24283 @tindex wmaximize
24284 The @kbd{H a N} [@code{wminimize}] command, analogously to @kbd{H a R},
24285 expands the guess interval to enclose a minimum rather than requiring
24286 that the minimum lie inside the interval you supply.
24288 The @kbd{a X} (@code{calc-find-maximum}) [@code{maximize}] and
24289 @kbd{H a X} [@code{wmaximize}] commands effectively minimize the
24290 negative of the formula you supply.
24292 The formula must evaluate to a real number at all points inside the
24293 interval (or near the initial guess if the guess is a number).  If
24294 the initial guess is a complex number the variable will be minimized
24295 over the complex numbers; if it is real or an interval it will
24296 be minimized over the reals.
24298 @node Numerical Systems of Equations, , Minimization, Numerical Solutions
24299 @subsection Systems of Equations
24301 @noindent
24302 @cindex Systems of equations, numerical
24303 The @kbd{a R} command can also solve systems of equations.  In this
24304 case, the equation should instead be a vector of equations, the
24305 guess should instead be a vector of numbers (intervals are not
24306 supported), and the variable should be a vector of variables.  You
24307 can omit the brackets while entering the list of variables.  Each
24308 equation must be differentiable by each variable for this mode to
24309 work.  The result will be a vector of two vectors:  The variable
24310 values that solved the system of equations, and the differences
24311 between the sides of the equations with those variable values.
24312 There must be the same number of equations as variables.  Since
24313 only plain numbers are allowed as guesses, the Hyperbolic flag has
24314 no effect when solving a system of equations.
24316 It is also possible to minimize over many variables with @kbd{a N}
24317 (or maximize with @kbd{a X}).  Once again the variable name should
24318 be replaced by a vector of variables, and the initial guess should
24319 be an equal-sized vector of initial guesses.  But, unlike the case of
24320 multidimensional @kbd{a R}, the formula being minimized should
24321 still be a single formula, @emph{not} a vector.  Beware that
24322 multidimensional minimization is currently @emph{very} slow.
24324 @node Curve Fitting, Summations, Numerical Solutions, Algebra
24325 @section Curve Fitting
24327 @noindent
24328 The @kbd{a F} command fits a set of data to a @dfn{model formula},
24329 such as @expr{y = m x + b} where @expr{m} and @expr{b} are parameters
24330 to be determined.  For a typical set of measured data there will be
24331 no single @expr{m} and @expr{b} that exactly fit the data; in this
24332 case, Calc chooses values of the parameters that provide the closest
24333 possible fit.
24335 @menu
24336 * Linear Fits::
24337 * Polynomial and Multilinear Fits::
24338 * Error Estimates for Fits::
24339 * Standard Nonlinear Models::
24340 * Curve Fitting Details::
24341 * Interpolation::
24342 @end menu
24344 @node Linear Fits, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting, Curve Fitting
24345 @subsection Linear Fits
24347 @noindent
24348 @kindex a F
24349 @pindex calc-curve-fit
24350 @tindex fit
24351 @cindex Linear regression
24352 @cindex Least-squares fits
24353 The @kbd{a F} (@code{calc-curve-fit}) [@code{fit}] command attempts
24354 to fit a set of data (@expr{x} and @expr{y} vectors of numbers) to a
24355 straight line, polynomial, or other function of @expr{x}.  For the
24356 moment we will consider only the case of fitting to a line, and we
24357 will ignore the issue of whether or not the model was in fact a good
24358 fit for the data.
24360 In a standard linear least-squares fit, we have a set of @expr{(x,y)}
24361 data points that we wish to fit to the model @expr{y = m x + b}
24362 by adjusting the parameters @expr{m} and @expr{b} to make the @expr{y}
24363 values calculated from the formula be as close as possible to the actual
24364 @expr{y} values in the data set.  (In a polynomial fit, the model is
24365 instead, say, @expr{y = a x^3 + b x^2 + c x + d}.  In a multilinear fit,
24366 we have data points of the form @expr{(x_1,x_2,x_3,y)} and our model is
24367 @expr{y = a x_1 + b x_2 + c x_3 + d}.  These will be discussed later.)
24369 In the model formula, variables like @expr{x} and @expr{x_2} are called
24370 the @dfn{independent variables}, and @expr{y} is the @dfn{dependent
24371 variable}.  Variables like @expr{m}, @expr{a}, and @expr{b} are called
24372 the @dfn{parameters} of the model.
24374 The @kbd{a F} command takes the data set to be fitted from the stack.
24375 By default, it expects the data in the form of a matrix.  For example,
24376 for a linear or polynomial fit, this would be a 
24377 @texline @math{2\times N}
24378 @infoline 2xN
24379 matrix where the first row is a list of @expr{x} values and the second
24380 row has the corresponding @expr{y} values.  For the multilinear fit
24381 shown above, the matrix would have four rows (@expr{x_1}, @expr{x_2},
24382 @expr{x_3}, and @expr{y}, respectively).
24384 If you happen to have an 
24385 @texline @math{N\times2}
24386 @infoline Nx2
24387 matrix instead of a 
24388 @texline @math{2\times N}
24389 @infoline 2xN
24390 matrix, just press @kbd{v t} first to transpose the matrix.
24392 After you type @kbd{a F}, Calc prompts you to select a model.  For a
24393 linear fit, press the digit @kbd{1}.
24395 Calc then prompts for you to name the variables.  By default it chooses
24396 high letters like @expr{x} and @expr{y} for independent variables and
24397 low letters like @expr{a} and @expr{b} for parameters.  (The dependent
24398 variable doesn't need a name.)  The two kinds of variables are separated
24399 by a semicolon.  Since you generally care more about the names of the
24400 independent variables than of the parameters, Calc also allows you to
24401 name only those and let the parameters use default names.
24403 For example, suppose the data matrix
24405 @ifinfo
24406 @example
24407 @group
24408 [ [ 1, 2, 3, 4,  5  ]
24409   [ 5, 7, 9, 11, 13 ] ]
24410 @end group
24411 @end example
24412 @end ifinfo
24413 @tex
24414 \turnoffactive
24415 \turnoffactive
24416 \beforedisplay
24417 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 & 4  & 5  \cr
24418              5 & 7 & 9 & 11 & 13 }
24420 \afterdisplay
24421 @end tex
24423 @noindent
24424 is on the stack and we wish to do a simple linear fit.  Type
24425 @kbd{a F}, then @kbd{1} for the model, then @key{RET} to use
24426 the default names.  The result will be the formula @expr{3 + 2 x}
24427 on the stack.  Calc has created the model expression @kbd{a + b x},
24428 then found the optimal values of @expr{a} and @expr{b} to fit the
24429 data.  (In this case, it was able to find an exact fit.)  Calc then
24430 substituted those values for @expr{a} and @expr{b} in the model
24431 formula.
24433 The @kbd{a F} command puts two entries in the trail.  One is, as
24434 always, a copy of the result that went to the stack; the other is
24435 a vector of the actual parameter values, written as equations:
24436 @expr{[a = 3, b = 2]}, in case you'd rather read them in a list
24437 than pick them out of the formula.  (You can type @kbd{t y}
24438 to move this vector to the stack; see @ref{Trail Commands}.
24440 Specifying a different independent variable name will affect the
24441 resulting formula: @kbd{a F 1 k @key{RET}} produces @kbd{3 + 2 k}.
24442 Changing the parameter names (say, @kbd{a F 1 k;b,m @key{RET}}) will affect
24443 the equations that go into the trail.
24445 @tex
24446 \bigskip
24447 @end tex
24449 To see what happens when the fit is not exact, we could change
24450 the number 13 in the data matrix to 14 and try the fit again.
24451 The result is:
24453 @example
24454 2.6 + 2.2 x
24455 @end example
24457 Evaluating this formula, say with @kbd{v x 5 @key{RET} @key{TAB} V M $ @key{RET}}, shows
24458 a reasonably close match to the y-values in the data.
24460 @example
24461 [4.8, 7., 9.2, 11.4, 13.6]
24462 @end example
24464 Since there is no line which passes through all the @var{n} data points,
24465 Calc has chosen a line that best approximates the data points using
24466 the method of least squares.  The idea is to define the @dfn{chi-square}
24467 error measure
24469 @ifinfo
24470 @example
24471 chi^2 = sum((y_i - (a + b x_i))^2, i, 1, N)
24472 @end example
24473 @end ifinfo
24474 @tex
24475 \turnoffactive
24476 \beforedisplay
24477 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N (y_i - (a + b x_i))^2 $$
24478 \afterdisplay
24479 @end tex
24481 @noindent
24482 which is clearly zero if @expr{a + b x} exactly fits all data points,
24483 and increases as various @expr{a + b x_i} values fail to match the
24484 corresponding @expr{y_i} values.  There are several reasons why the
24485 summand is squared, one of them being to ensure that 
24486 @texline @math{\chi^2 \ge 0}.
24487 @infoline @expr{chi^2 >= 0}.
24488 Least-squares fitting simply chooses the values of @expr{a} and @expr{b}
24489 for which the error 
24490 @texline @math{\chi^2}
24491 @infoline @expr{chi^2} 
24492 is as small as possible.
24494 Other kinds of models do the same thing but with a different model
24495 formula in place of @expr{a + b x_i}.
24497 @tex
24498 \bigskip
24499 @end tex
24501 A numeric prefix argument causes the @kbd{a F} command to take the
24502 data in some other form than one big matrix.  A positive argument @var{n}
24503 will take @var{N} items from the stack, corresponding to the @var{n} rows
24504 of a data matrix.  In the linear case, @var{n} must be 2 since there
24505 is always one independent variable and one dependent variable.
24507 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} is a compromise; Calc takes two
24508 items from the stack, an @var{n}-row matrix of @expr{x} values, and a
24509 vector of @expr{y} values.  If there is only one independent variable,
24510 the @expr{x} values can be either a one-row matrix or a plain vector,
24511 in which case the @kbd{C-u} prefix is the same as a @w{@kbd{C-u 2}} prefix.
24513 @node Polynomial and Multilinear Fits, Error Estimates for Fits, Linear Fits, Curve Fitting
24514 @subsection Polynomial and Multilinear Fits
24516 @noindent
24517 To fit the data to higher-order polynomials, just type one of the
24518 digits @kbd{2} through @kbd{9} when prompted for a model.  For example,
24519 we could fit the original data matrix from the previous section
24520 (with 13, not 14) to a parabola instead of a line by typing
24521 @kbd{a F 2 @key{RET}}.
24523 @example
24524 2.00000000001 x - 1.5e-12 x^2 + 2.99999999999
24525 @end example
24527 Note that since the constant and linear terms are enough to fit the
24528 data exactly, it's no surprise that Calc chose a tiny contribution
24529 for @expr{x^2}.  (The fact that it's not exactly zero is due only
24530 to roundoff error.  Since our data are exact integers, we could get
24531 an exact answer by typing @kbd{m f} first to get Fraction mode.
24532 Then the @expr{x^2} term would vanish altogether.  Usually, though,
24533 the data being fitted will be approximate floats so Fraction mode
24534 won't help.)
24536 Doing the @kbd{a F 2} fit on the data set with 14 instead of 13
24537 gives a much larger @expr{x^2} contribution, as Calc bends the
24538 line slightly to improve the fit.
24540 @example
24541 0.142857142855 x^2 + 1.34285714287 x + 3.59999999998
24542 @end example
24544 An important result from the theory of polynomial fitting is that it
24545 is always possible to fit @var{n} data points exactly using a polynomial
24546 of degree @mathit{@var{n}-1}, sometimes called an @dfn{interpolating polynomial}.
24547 Using the modified (14) data matrix, a model number of 4 gives
24548 a polynomial that exactly matches all five data points:
24550 @example
24551 0.04167 x^4 - 0.4167 x^3 + 1.458 x^2 - 0.08333 x + 4.
24552 @end example
24554 The actual coefficients we get with a precision of 12, like
24555 @expr{0.0416666663588}, clearly suffer from loss of precision.
24556 It is a good idea to increase the working precision to several
24557 digits beyond what you need when you do a fitting operation.
24558 Or, if your data are exact, use Fraction mode to get exact
24559 results.
24561 You can type @kbd{i} instead of a digit at the model prompt to fit
24562 the data exactly to a polynomial.  This just counts the number of
24563 columns of the data matrix to choose the degree of the polynomial
24564 automatically.
24566 Fitting data ``exactly'' to high-degree polynomials is not always
24567 a good idea, though.  High-degree polynomials have a tendency to
24568 wiggle uncontrollably in between the fitting data points.  Also,
24569 if the exact-fit polynomial is going to be used to interpolate or
24570 extrapolate the data, it is numerically better to use the @kbd{a p}
24571 command described below.  @xref{Interpolation}.
24573 @tex
24574 \bigskip
24575 @end tex
24577 Another generalization of the linear model is to assume the
24578 @expr{y} values are a sum of linear contributions from several
24579 @expr{x} values.  This is a @dfn{multilinear} fit, and it is also
24580 selected by the @kbd{1} digit key.  (Calc decides whether the fit
24581 is linear or multilinear by counting the rows in the data matrix.)
24583 Given the data matrix,
24585 @example
24586 @group
24587 [ [  1,   2,   3,    4,   5  ]
24588   [  7,   2,   3,    5,   2  ]
24589   [ 14.5, 15, 18.5, 22.5, 24 ] ]
24590 @end group
24591 @end example
24593 @noindent
24594 the command @kbd{a F 1 @key{RET}} will call the first row @expr{x} and the
24595 second row @expr{y}, and will fit the values in the third row to the
24596 model @expr{a + b x + c y}.
24598 @example
24599 8. + 3. x + 0.5 y
24600 @end example
24602 Calc can do multilinear fits with any number of independent variables
24603 (i.e., with any number of data rows).
24605 @tex
24606 \bigskip
24607 @end tex
24609 Yet another variation is @dfn{homogeneous} linear models, in which
24610 the constant term is known to be zero.  In the linear case, this
24611 means the model formula is simply @expr{a x}; in the multilinear
24612 case, the model might be @expr{a x + b y + c z}; and in the polynomial
24613 case, the model could be @expr{a x + b x^2 + c x^3}.  You can get
24614 a homogeneous linear or multilinear model by pressing the letter
24615 @kbd{h} followed by a regular model key, like @kbd{1} or @kbd{2}.
24617 It is certainly possible to have other constrained linear models,
24618 like @expr{2.3 + a x} or @expr{a - 4 x}.  While there is no single
24619 key to select models like these, a later section shows how to enter
24620 any desired model by hand.  In the first case, for example, you
24621 would enter @kbd{a F ' 2.3 + a x}.
24623 Another class of models that will work but must be entered by hand
24624 are multinomial fits, e.g., @expr{a + b x + c y + d x^2 + e y^2 + f x y}.
24626 @node Error Estimates for Fits, Standard Nonlinear Models, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting
24627 @subsection Error Estimates for Fits
24629 @noindent
24630 @kindex H a F
24631 @tindex efit
24632 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a F} [@code{efit}] performs the same
24633 fitting operation as @kbd{a F}, but reports the coefficients as error
24634 forms instead of plain numbers.  Fitting our two data matrices (first
24635 with 13, then with 14) to a line with @kbd{H a F} gives the results,
24637 @example
24638 3. + 2. x
24639 2.6 +/- 0.382970843103 + 2.2 +/- 0.115470053838 x
24640 @end example
24642 In the first case the estimated errors are zero because the linear
24643 fit is perfect.  In the second case, the errors are nonzero but
24644 moderately small, because the data are still very close to linear.
24646 It is also possible for the @emph{input} to a fitting operation to
24647 contain error forms.  The data values must either all include errors
24648 or all be plain numbers.  Error forms can go anywhere but generally
24649 go on the numbers in the last row of the data matrix.  If the last
24650 row contains error forms
24651 @texline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@math{\sigma_i}', 
24652 @infoline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@var{sigma_i}', 
24653 then the 
24654 @texline @math{\chi^2}
24655 @infoline @expr{chi^2}
24656 statistic is now,
24658 @ifinfo
24659 @example
24660 chi^2 = sum(((y_i - (a + b x_i)) / sigma_i)^2, i, 1, N)
24661 @end example
24662 @end ifinfo
24663 @tex
24664 \turnoffactive
24665 \beforedisplay
24666 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N \left(y_i - (a + b x_i) \over \sigma_i\right)^2 $$
24667 \afterdisplay
24668 @end tex
24670 @noindent
24671 so that data points with larger error estimates contribute less to
24672 the fitting operation.
24674 If there are error forms on other rows of the data matrix, all the
24675 errors for a given data point are combined; the square root of the
24676 sum of the squares of the errors forms the 
24677 @texline @math{\sigma_i}
24678 @infoline @expr{sigma_i} 
24679 used for the data point.
24681 Both @kbd{a F} and @kbd{H a F} can accept error forms in the input
24682 matrix, although if you are concerned about error analysis you will
24683 probably use @kbd{H a F} so that the output also contains error
24684 estimates.
24686 If the input contains error forms but all the 
24687 @texline @math{\sigma_i}
24688 @infoline @expr{sigma_i} 
24689 values are the same, it is easy to see that the resulting fitted model
24690 will be the same as if the input did not have error forms at all 
24691 @texline (@math{\chi^2}
24692 @infoline (@expr{chi^2}
24693 is simply scaled uniformly by 
24694 @texline @math{1 / \sigma^2},
24695 @infoline @expr{1 / sigma^2}, 
24696 which doesn't affect where it has a minimum).  But there @emph{will} be
24697 a difference in the estimated errors of the coefficients reported by
24698 @kbd{H a F}. 
24700 Consult any text on statistical modeling of data for a discussion
24701 of where these error estimates come from and how they should be
24702 interpreted.
24704 @tex
24705 \bigskip
24706 @end tex
24708 @kindex I a F
24709 @tindex xfit
24710 With the Inverse flag, @kbd{I a F} [@code{xfit}] produces even more
24711 information.  The result is a vector of six items:
24713 @enumerate
24714 @item
24715 The model formula with error forms for its coefficients or
24716 parameters.  This is the result that @kbd{H a F} would have
24717 produced.
24719 @item
24720 A vector of ``raw'' parameter values for the model.  These are the
24721 polynomial coefficients or other parameters as plain numbers, in the
24722 same order as the parameters appeared in the final prompt of the
24723 @kbd{I a F} command.  For polynomials of degree @expr{d}, this vector
24724 will have length @expr{M = d+1} with the constant term first.
24726 @item
24727 The covariance matrix @expr{C} computed from the fit.  This is
24728 an @var{m}x@var{m} symmetric matrix; the diagonal elements
24729 @texline @math{C_{jj}}
24730 @infoline @expr{C_j_j} 
24731 are the variances 
24732 @texline @math{\sigma_j^2}
24733 @infoline @expr{sigma_j^2} 
24734 of the parameters.  The other elements are covariances
24735 @texline @math{\sigma_{ij}^2} 
24736 @infoline @expr{sigma_i_j^2} 
24737 that describe the correlation between pairs of parameters.  (A related
24738 set of numbers, the @dfn{linear correlation coefficients} 
24739 @texline @math{r_{ij}},
24740 @infoline @expr{r_i_j},
24741 are defined as 
24742 @texline @math{\sigma_{ij}^2 / \sigma_i \, \sigma_j}.)
24743 @infoline @expr{sigma_i_j^2 / sigma_i sigma_j}.)
24745 @item
24746 A vector of @expr{M} ``parameter filter'' functions whose
24747 meanings are described below.  If no filters are necessary this
24748 will instead be an empty vector; this is always the case for the
24749 polynomial and multilinear fits described so far.
24751 @item
24752 The value of 
24753 @texline @math{\chi^2}
24754 @infoline @expr{chi^2} 
24755 for the fit, calculated by the formulas shown above.  This gives a
24756 measure of the quality of the fit; statisticians consider
24757 @texline @math{\chi^2 \approx N - M}
24758 @infoline @expr{chi^2 = N - M} 
24759 to indicate a moderately good fit (where again @expr{N} is the number of
24760 data points and @expr{M} is the number of parameters).
24762 @item
24763 A measure of goodness of fit expressed as a probability @expr{Q}.
24764 This is computed from the @code{utpc} probability distribution
24765 function using 
24766 @texline @math{\chi^2}
24767 @infoline @expr{chi^2} 
24768 with @expr{N - M} degrees of freedom.  A
24769 value of 0.5 implies a good fit; some texts recommend that often
24770 @expr{Q = 0.1} or even 0.001 can signify an acceptable fit.  In
24771 particular, 
24772 @texline @math{\chi^2}
24773 @infoline @expr{chi^2} 
24774 statistics assume the errors in your inputs
24775 follow a normal (Gaussian) distribution; if they don't, you may
24776 have to accept smaller values of @expr{Q}.
24778 The @expr{Q} value is computed only if the input included error
24779 estimates.  Otherwise, Calc will report the symbol @code{nan}
24780 for @expr{Q}.  The reason is that in this case the 
24781 @texline @math{\chi^2}
24782 @infoline @expr{chi^2}
24783 value has effectively been used to estimate the original errors
24784 in the input, and thus there is no redundant information left
24785 over to use for a confidence test.
24786 @end enumerate
24788 @node Standard Nonlinear Models, Curve Fitting Details, Error Estimates for Fits, Curve Fitting
24789 @subsection Standard Nonlinear Models
24791 @noindent
24792 The @kbd{a F} command also accepts other kinds of models besides
24793 lines and polynomials.  Some common models have quick single-key
24794 abbreviations; others must be entered by hand as algebraic formulas.
24796 Here is a complete list of the standard models recognized by @kbd{a F}:
24798 @table @kbd
24799 @item 1
24800 Linear or multilinear.  @mathit{a + b x + c y + d z}.
24801 @item 2-9
24802 Polynomials.  @mathit{a + b x + c x^2 + d x^3}.
24803 @item e
24804 Exponential.  @mathit{a} @tfn{exp}@mathit{(b x)} @tfn{exp}@mathit{(c y)}.
24805 @item E
24806 Base-10 exponential.  @mathit{a} @tfn{10^}@mathit{(b x)} @tfn{10^}@mathit{(c y)}.
24807 @item x
24808 Exponential (alternate notation).  @tfn{exp}@mathit{(a + b x + c y)}.
24809 @item X
24810 Base-10 exponential (alternate).  @tfn{10^}@mathit{(a + b x + c y)}.
24811 @item l
24812 Logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{ln}@mathit{(x) + c} @tfn{ln}@mathit{(y)}.
24813 @item L
24814 Base-10 logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{log10}@mathit{(x) + c} @tfn{log10}@mathit{(y)}.
24815 @item ^
24816 General exponential.  @mathit{a b^x c^y}.
24817 @item p
24818 Power law.  @mathit{a x^b y^c}.
24819 @item q
24820 Quadratic.  @mathit{a + b (x-c)^2 + d (x-e)^2}.
24821 @item g
24822 Gaussian.  
24823 @texline @math{{a \over b \sqrt{2 \pi}} \exp\left( -{1 \over 2} \left( x - c \over b \right)^2 \right)}.
24824 @infoline @mathit{(a / b sqrt(2 pi)) exp(-0.5*((x-c)/b)^2)}.
24825 @end table
24827 All of these models are used in the usual way; just press the appropriate
24828 letter at the model prompt, and choose variable names if you wish.  The
24829 result will be a formula as shown in the above table, with the best-fit
24830 values of the parameters substituted.  (You may find it easier to read
24831 the parameter values from the vector that is placed in the trail.)
24833 All models except Gaussian and polynomials can generalize as shown to any
24834 number of independent variables.  Also, all the built-in models have an
24835 additive or multiplicative parameter shown as @expr{a} in the above table
24836 which can be replaced by zero or one, as appropriate, by typing @kbd{h}
24837 before the model key.
24839 Note that many of these models are essentially equivalent, but express
24840 the parameters slightly differently.  For example, @expr{a b^x} and
24841 the other two exponential models are all algebraic rearrangements of
24842 each other.  Also, the ``quadratic'' model is just a degree-2 polynomial
24843 with the parameters expressed differently.  Use whichever form best
24844 matches the problem.
24846 The HP-28/48 calculators support four different models for curve
24847 fitting, called @code{LIN}, @code{LOG}, @code{EXP}, and @code{PWR}.
24848 These correspond to Calc models @samp{a + b x}, @samp{a + b ln(x)},
24849 @samp{a exp(b x)}, and @samp{a x^b}, respectively.  In each case,
24850 @expr{a} is what the HP-48 identifies as the ``intercept,'' and
24851 @expr{b} is what it calls the ``slope.''
24853 @tex
24854 \bigskip
24855 @end tex
24857 If the model you want doesn't appear on this list, press @kbd{'}
24858 (the apostrophe key) at the model prompt to enter any algebraic
24859 formula, such as @kbd{m x - b}, as the model.  (Not all models
24860 will work, though---see the next section for details.)
24862 The model can also be an equation like @expr{y = m x + b}.
24863 In this case, Calc thinks of all the rows of the data matrix on
24864 equal terms; this model effectively has two parameters
24865 (@expr{m} and @expr{b}) and two independent variables (@expr{x}
24866 and @expr{y}), with no ``dependent'' variables.  Model equations
24867 do not need to take this @expr{y =} form.  For example, the
24868 implicit line equation @expr{a x + b y = 1} works fine as a
24869 model.
24871 When you enter a model, Calc makes an alphabetical list of all
24872 the variables that appear in the model.  These are used for the
24873 default parameters, independent variables, and dependent variable
24874 (in that order).  If you enter a plain formula (not an equation),
24875 Calc assumes the dependent variable does not appear in the formula
24876 and thus does not need a name.
24878 For example, if the model formula has the variables @expr{a,mu,sigma,t,x},
24879 and the data matrix has three rows (meaning two independent variables),
24880 Calc will use @expr{a,mu,sigma} as the default parameters, and the
24881 data rows will be named @expr{t} and @expr{x}, respectively.  If you
24882 enter an equation instead of a plain formula, Calc will use @expr{a,mu}
24883 as the parameters, and @expr{sigma,t,x} as the three independent
24884 variables.
24886 You can, of course, override these choices by entering something
24887 different at the prompt.  If you leave some variables out of the list,
24888 those variables must have stored values and those stored values will
24889 be used as constants in the model.  (Stored values for the parameters
24890 and independent variables are ignored by the @kbd{a F} command.)
24891 If you list only independent variables, all the remaining variables
24892 in the model formula will become parameters.
24894 If there are @kbd{$} signs in the model you type, they will stand
24895 for parameters and all other variables (in alphabetical order)
24896 will be independent.  Use @kbd{$} for one parameter, @kbd{$$} for
24897 another, and so on.  Thus @kbd{$ x + $$} is another way to describe
24898 a linear model.
24900 If you type a @kbd{$} instead of @kbd{'} at the model prompt itself,
24901 Calc will take the model formula from the stack.  (The data must then
24902 appear at the second stack level.)  The same conventions are used to
24903 choose which variables in the formula are independent by default and
24904 which are parameters.
24906 Models taken from the stack can also be expressed as vectors of
24907 two or three elements, @expr{[@var{model}, @var{vars}]} or
24908 @expr{[@var{model}, @var{vars}, @var{params}]}.  Each of @var{vars}
24909 and @var{params} may be either a variable or a vector of variables.
24910 (If @var{params} is omitted, all variables in @var{model} except
24911 those listed as @var{vars} are parameters.)
24913 When you enter a model manually with @kbd{'}, Calc puts a 3-vector
24914 describing the model in the trail so you can get it back if you wish.
24916 @tex
24917 \bigskip
24918 @end tex
24920 @vindex Model1
24921 @vindex Model2
24922 Finally, you can store a model in one of the Calc variables
24923 @code{Model1} or @code{Model2}, then use this model by typing
24924 @kbd{a F u} or @kbd{a F U} (respectively).  The value stored in
24925 the variable can be any of the formats that @kbd{a F $} would
24926 accept for a model on the stack.
24928 @tex
24929 \bigskip
24930 @end tex
24932 Calc uses the principal values of inverse functions like @code{ln}
24933 and @code{arcsin} when doing fits.  For example, when you enter
24934 the model @samp{y = sin(a t + b)} Calc actually uses the easier
24935 form @samp{arcsin(y) = a t + b}.  The @code{arcsin} function always
24936 returns results in the range from @mathit{-90} to 90 degrees (or the
24937 equivalent range in radians).  Suppose you had data that you
24938 believed to represent roughly three oscillations of a sine wave,
24939 so that the argument of the sine might go from zero to 
24940 @texline @math{3\times360}
24941 @infoline @mathit{3*360} 
24942 degrees.
24943 The above model would appear to be a good way to determine the
24944 true frequency and phase of the sine wave, but in practice it
24945 would fail utterly.  The righthand side of the actual model
24946 @samp{arcsin(y) = a t + b} will grow smoothly with @expr{t}, but
24947 the lefthand side will bounce back and forth between @mathit{-90} and 90.
24948 No values of @expr{a} and @expr{b} can make the two sides match,
24949 even approximately.
24951 There is no good solution to this problem at present.  You could
24952 restrict your data to small enough ranges so that the above problem
24953 doesn't occur (i.e., not straddling any peaks in the sine wave).
24954 Or, in this case, you could use a totally different method such as
24955 Fourier analysis, which is beyond the scope of the @kbd{a F} command.
24956 (Unfortunately, Calc does not currently have any facilities for
24957 taking Fourier and related transforms.)
24959 @node Curve Fitting Details, Interpolation, Standard Nonlinear Models, Curve Fitting
24960 @subsection Curve Fitting Details
24962 @noindent
24963 Calc's internal least-squares fitter can only handle multilinear
24964 models.  More precisely, it can handle any model of the form
24965 @expr{a f(x,y,z) + b g(x,y,z) + c h(x,y,z)}, where @expr{a,b,c}
24966 are the parameters and @expr{x,y,z} are the independent variables
24967 (of course there can be any number of each, not just three).
24969 In a simple multilinear or polynomial fit, it is easy to see how
24970 to convert the model into this form.  For example, if the model
24971 is @expr{a + b x + c x^2}, then @expr{f(x) = 1}, @expr{g(x) = x},
24972 and @expr{h(x) = x^2} are suitable functions.
24974 For other models, Calc uses a variety of algebraic manipulations
24975 to try to put the problem into the form
24977 @smallexample
24978 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)
24979 @end smallexample
24981 @noindent
24982 where @expr{Y,A,B,C,F,G,H} are arbitrary functions.  It computes
24983 @expr{Y}, @expr{F}, @expr{G}, and @expr{H} for all the data points,
24984 does a standard linear fit to find the values of @expr{A}, @expr{B},
24985 and @expr{C}, then uses the equation solver to solve for @expr{a,b,c}
24986 in terms of @expr{A,B,C}.
24988 A remarkable number of models can be cast into this general form.
24989 We'll look at two examples here to see how it works.  The power-law
24990 model @expr{y = a x^b} with two independent variables and two parameters
24991 can be rewritten as follows:
24993 @example
24994 y = a x^b
24995 y = a exp(b ln(x))
24996 y = exp(ln(a) + b ln(x))
24997 ln(y) = ln(a) + b ln(x)
24998 @end example
25000 @noindent
25001 which matches the desired form with 
25002 @texline @math{Y = \ln(y)},
25003 @infoline @expr{Y = ln(y)}, 
25004 @texline @math{A = \ln(a)},
25005 @infoline @expr{A = ln(a)},
25006 @expr{F = 1}, @expr{B = b}, and 
25007 @texline @math{G = \ln(x)}.
25008 @infoline @expr{G = ln(x)}.  
25009 Calc thus computes the logarithms of your @expr{y} and @expr{x} values,
25010 does a linear fit for @expr{A} and @expr{B}, then solves to get 
25011 @texline @math{a = \exp(A)} 
25012 @infoline @expr{a = exp(A)} 
25013 and @expr{b = B}.
25015 Another interesting example is the ``quadratic'' model, which can
25016 be handled by expanding according to the distributive law.
25018 @example
25019 y = a + b*(x - c)^2
25020 y = a + b c^2 - 2 b c x + b x^2
25021 @end example
25023 @noindent
25024 which matches with @expr{Y = y}, @expr{A = a + b c^2}, @expr{F = 1},
25025 @expr{B = -2 b c}, @expr{G = x} (the @mathit{-2} factor could just as easily
25026 have been put into @expr{G} instead of @expr{B}), @expr{C = b}, and
25027 @expr{H = x^2}.
25029 The Gaussian model looks quite complicated, but a closer examination
25030 shows that it's actually similar to the quadratic model but with an
25031 exponential that can be brought to the top and moved into @expr{Y}.
25033 An example of a model that cannot be put into general linear
25034 form is a Gaussian with a constant background added on, i.e.,
25035 @expr{d} + the regular Gaussian formula.  If you have a model like
25036 this, your best bet is to replace enough of your parameters with
25037 constants to make the model linearizable, then adjust the constants
25038 manually by doing a series of fits.  You can compare the fits by
25039 graphing them, by examining the goodness-of-fit measures returned by
25040 @kbd{I a F}, or by some other method suitable to your application.
25041 Note that some models can be linearized in several ways.  The
25042 Gaussian-plus-@var{d} model can be linearized by setting @expr{d}
25043 (the background) to a constant, or by setting @expr{b} (the standard
25044 deviation) and @expr{c} (the mean) to constants.
25046 To fit a model with constants substituted for some parameters, just
25047 store suitable values in those parameter variables, then omit them
25048 from the list of parameters when you answer the variables prompt.
25050 @tex
25051 \bigskip
25052 @end tex
25054 A last desperate step would be to use the general-purpose
25055 @code{minimize} function rather than @code{fit}.  After all, both
25056 functions solve the problem of minimizing an expression (the 
25057 @texline @math{\chi^2}
25058 @infoline @expr{chi^2}
25059 sum) by adjusting certain parameters in the expression.  The @kbd{a F}
25060 command is able to use a vastly more efficient algorithm due to its
25061 special knowledge about linear chi-square sums, but the @kbd{a N}
25062 command can do the same thing by brute force.
25064 A compromise would be to pick out a few parameters without which the
25065 fit is linearizable, and use @code{minimize} on a call to @code{fit}
25066 which efficiently takes care of the rest of the parameters.  The thing
25067 to be minimized would be the value of 
25068 @texline @math{\chi^2}
25069 @infoline @expr{chi^2} 
25070 returned as the fifth result of the @code{xfit} function:
25072 @smallexample
25073 minimize(xfit(gaus(a,b,c,d,x), x, [a,b,c], data)_5, d, guess)
25074 @end smallexample
25076 @noindent
25077 where @code{gaus} represents the Gaussian model with background,
25078 @code{data} represents the data matrix, and @code{guess} represents
25079 the initial guess for @expr{d} that @code{minimize} requires.
25080 This operation will only be, shall we say, extraordinarily slow
25081 rather than astronomically slow (as would be the case if @code{minimize}
25082 were used by itself to solve the problem).
25084 @tex
25085 \bigskip
25086 @end tex
25088 The @kbd{I a F} [@code{xfit}] command is somewhat trickier when
25089 nonlinear models are used.  The second item in the result is the
25090 vector of ``raw'' parameters @expr{A}, @expr{B}, @expr{C}.  The
25091 covariance matrix is written in terms of those raw parameters.
25092 The fifth item is a vector of @dfn{filter} expressions.  This
25093 is the empty vector @samp{[]} if the raw parameters were the same
25094 as the requested parameters, i.e., if @expr{A = a}, @expr{B = b},
25095 and so on (which is always true if the model is already linear
25096 in the parameters as written, e.g., for polynomial fits).  If the
25097 parameters had to be rearranged, the fifth item is instead a vector
25098 of one formula per parameter in the original model.  The raw
25099 parameters are expressed in these ``filter'' formulas as
25100 @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)} for @expr{B},
25101 and so on.
25103 When Calc needs to modify the model to return the result, it replaces
25104 @samp{fitdummy(1)} in all the filters with the first item in the raw
25105 parameters list, and so on for the other raw parameters, then
25106 evaluates the resulting filter formulas to get the actual parameter
25107 values to be substituted into the original model.  In the case of
25108 @kbd{H a F} and @kbd{I a F} where the parameters must be error forms,
25109 Calc uses the square roots of the diagonal entries of the covariance
25110 matrix as error values for the raw parameters, then lets Calc's
25111 standard error-form arithmetic take it from there.
25113 If you use @kbd{I a F} with a nonlinear model, be sure to remember
25114 that the covariance matrix is in terms of the raw parameters,
25115 @emph{not} the actual requested parameters.  It's up to you to
25116 figure out how to interpret the covariances in the presence of
25117 nontrivial filter functions.
25119 Things are also complicated when the input contains error forms.
25120 Suppose there are three independent and dependent variables, @expr{x},
25121 @expr{y}, and @expr{z}, one or more of which are error forms in the
25122 data.  Calc combines all the error values by taking the square root
25123 of the sum of the squares of the errors.  It then changes @expr{x}
25124 and @expr{y} to be plain numbers, and makes @expr{z} into an error
25125 form with this combined error.  The @expr{Y(x,y,z)} part of the
25126 linearized model is evaluated, and the result should be an error
25127 form.  The error part of that result is used for 
25128 @texline @math{\sigma_i}
25129 @infoline @expr{sigma_i} 
25130 for the data point.  If for some reason @expr{Y(x,y,z)} does not return 
25131 an error form, the combined error from @expr{z} is used directly for 
25132 @texline @math{\sigma_i}.
25133 @infoline @expr{sigma_i}.  
25134 Finally, @expr{z} is also stripped of its error
25135 for use in computing @expr{F(x,y,z)}, @expr{G(x,y,z)} and so on;
25136 the righthand side of the linearized model is computed in regular
25137 arithmetic with no error forms.
25139 (While these rules may seem complicated, they are designed to do
25140 the most reasonable thing in the typical case that @expr{Y(x,y,z)}
25141 depends only on the dependent variable @expr{z}, and in fact is
25142 often simply equal to @expr{z}.  For common cases like polynomials
25143 and multilinear models, the combined error is simply used as the
25144 @texline @math{\sigma}
25145 @infoline @expr{sigma} 
25146 for the data point with no further ado.)
25148 @tex
25149 \bigskip
25150 @end tex
25152 @vindex FitRules
25153 It may be the case that the model you wish to use is linearizable,
25154 but Calc's built-in rules are unable to figure it out.  Calc uses
25155 its algebraic rewrite mechanism to linearize a model.  The rewrite
25156 rules are kept in the variable @code{FitRules}.  You can edit this
25157 variable using the @kbd{s e FitRules} command; in fact, there is
25158 a special @kbd{s F} command just for editing @code{FitRules}.
25159 @xref{Operations on Variables}.
25161 @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of rewrite rules.
25163 @ignore
25164 @starindex
25165 @end ignore
25166 @tindex fitvar
25167 @ignore
25168 @starindex
25169 @end ignore
25170 @ignore
25171 @mindex @idots
25172 @end ignore
25173 @tindex fitparam
25174 @ignore
25175 @starindex
25176 @end ignore
25177 @ignore
25178 @mindex @null
25179 @end ignore
25180 @tindex fitmodel
25181 @ignore
25182 @starindex
25183 @end ignore
25184 @ignore
25185 @mindex @null
25186 @end ignore
25187 @tindex fitsystem
25188 @ignore
25189 @starindex
25190 @end ignore
25191 @ignore
25192 @mindex @null
25193 @end ignore
25194 @tindex fitdummy
25195 Calc uses @code{FitRules} as follows.  First, it converts the model
25196 to an equation if necessary and encloses the model equation in a
25197 call to the function @code{fitmodel} (which is not actually a defined
25198 function in Calc; it is only used as a placeholder by the rewrite rules).
25199 Parameter variables are renamed to function calls @samp{fitparam(1)},
25200 @samp{fitparam(2)}, and so on, and independent variables are renamed
25201 to @samp{fitvar(1)}, @samp{fitvar(2)}, etc.  The dependent variable
25202 is the highest-numbered @code{fitvar}.  For example, the power law
25203 model @expr{a x^b} is converted to @expr{y = a x^b}, then to
25205 @smallexample
25206 @group
25207 fitmodel(fitvar(2) = fitparam(1) fitvar(1)^fitparam(2))
25208 @end group
25209 @end smallexample
25211 Calc then applies the rewrites as if by @samp{C-u 0 a r FitRules}.
25212 (The zero prefix means that rewriting should continue until no further
25213 changes are possible.)
25215 When rewriting is complete, the @code{fitmodel} call should have
25216 been replaced by a @code{fitsystem} call that looks like this:
25218 @example
25219 fitsystem(@var{Y}, @var{FGH}, @var{abc})
25220 @end example
25222 @noindent
25223 where @var{Y} is a formula that describes the function @expr{Y(x,y,z)},
25224 @var{FGH} is the vector of formulas @expr{[F(x,y,z), G(x,y,z), H(x,y,z)]},
25225 and @var{abc} is the vector of parameter filters which refer to the
25226 raw parameters as @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)}
25227 for @expr{B}, etc.  While the number of raw parameters (the length of
25228 the @var{FGH} vector) is usually the same as the number of original
25229 parameters (the length of the @var{abc} vector), this is not required.
25231 The power law model eventually boils down to
25233 @smallexample
25234 @group
25235 fitsystem(ln(fitvar(2)),
25236           [1, ln(fitvar(1))],
25237           [exp(fitdummy(1)), fitdummy(2)])
25238 @end group
25239 @end smallexample
25241 The actual implementation of @code{FitRules} is complicated; it
25242 proceeds in four phases.  First, common rearrangements are done
25243 to try to bring linear terms together and to isolate functions like
25244 @code{exp} and @code{ln} either all the way ``out'' (so that they
25245 can be put into @var{Y}) or all the way ``in'' (so that they can
25246 be put into @var{abc} or @var{FGH}).  In particular, all
25247 non-constant powers are converted to logs-and-exponentials form,
25248 and the distributive law is used to expand products of sums.
25249 Quotients are rewritten to use the @samp{fitinv} function, where
25250 @samp{fitinv(x)} represents @expr{1/x} while the @code{FitRules}
25251 are operating.  (The use of @code{fitinv} makes recognition of
25252 linear-looking forms easier.)  If you modify @code{FitRules}, you
25253 will probably only need to modify the rules for this phase.
25255 Phase two, whose rules can actually also apply during phases one
25256 and three, first rewrites @code{fitmodel} to a two-argument
25257 form @samp{fitmodel(@var{Y}, @var{model})}, where @var{Y} is
25258 initially zero and @var{model} has been changed from @expr{a=b}
25259 to @expr{a-b} form.  It then tries to peel off invertible functions
25260 from the outside of @var{model} and put them into @var{Y} instead,
25261 calling the equation solver to invert the functions.  Finally, when
25262 this is no longer possible, the @code{fitmodel} is changed to a
25263 four-argument @code{fitsystem}, where the fourth argument is
25264 @var{model} and the @var{FGH} and @var{abc} vectors are initially
25265 empty.  (The last vector is really @var{ABC}, corresponding to
25266 raw parameters, for now.)
25268 Phase three converts a sum of items in the @var{model} to a sum
25269 of @samp{fitpart(@var{a}, @var{b}, @var{c})} terms which represent
25270 terms @samp{@var{a}*@var{b}*@var{c}} of the sum, where @var{a}
25271 is all factors that do not involve any variables, @var{b} is all
25272 factors that involve only parameters, and @var{c} is the factors
25273 that involve only independent variables.  (If this decomposition
25274 is not possible, the rule set will not complete and Calc will
25275 complain that the model is too complex.)  Then @code{fitpart}s
25276 with equal @var{b} or @var{c} components are merged back together
25277 using the distributive law in order to minimize the number of
25278 raw parameters needed.
25280 Phase four moves the @code{fitpart} terms into the @var{FGH} and
25281 @var{ABC} vectors.  Also, some of the algebraic expansions that
25282 were done in phase 1 are undone now to make the formulas more
25283 computationally efficient.  Finally, it calls the solver one more
25284 time to convert the @var{ABC} vector to an @var{abc} vector, and
25285 removes the fourth @var{model} argument (which by now will be zero)
25286 to obtain the three-argument @code{fitsystem} that the linear
25287 least-squares solver wants to see.
25289 @ignore
25290 @starindex
25291 @end ignore
25292 @ignore
25293 @mindex hasfit@idots
25294 @end ignore
25295 @tindex hasfitparams
25296 @ignore
25297 @starindex
25298 @end ignore
25299 @ignore
25300 @mindex @null
25301 @end ignore
25302 @tindex hasfitvars
25303 Two functions which are useful in connection with @code{FitRules}
25304 are @samp{hasfitparams(x)} and @samp{hasfitvars(x)}, which check
25305 whether @expr{x} refers to any parameters or independent variables,
25306 respectively.  Specifically, these functions return ``true'' if the
25307 argument contains any @code{fitparam} (or @code{fitvar}) function
25308 calls, and ``false'' otherwise.  (Recall that ``true'' means a
25309 nonzero number, and ``false'' means zero.  The actual nonzero number
25310 returned is the largest @var{n} from all the @samp{fitparam(@var{n})}s
25311 or @samp{fitvar(@var{n})}s, respectively, that appear in the formula.)
25313 @tex
25314 \bigskip
25315 @end tex
25317 The @code{fit} function in algebraic notation normally takes four
25318 arguments, @samp{fit(@var{model}, @var{vars}, @var{params}, @var{data})},
25319 where @var{model} is the model formula as it would be typed after
25320 @kbd{a F '}, @var{vars} is the independent variable or a vector of
25321 independent variables, @var{params} likewise gives the parameter(s),
25322 and @var{data} is the data matrix.  Note that the length of @var{vars}
25323 must be equal to the number of rows in @var{data} if @var{model} is
25324 an equation, or one less than the number of rows if @var{model} is
25325 a plain formula.  (Actually, a name for the dependent variable is
25326 allowed but will be ignored in the plain-formula case.)
25328 If @var{params} is omitted, the parameters are all variables in
25329 @var{model} except those that appear in @var{vars}.  If @var{vars}
25330 is also omitted, Calc sorts all the variables that appear in
25331 @var{model} alphabetically and uses the higher ones for @var{vars}
25332 and the lower ones for @var{params}.
25334 Alternatively, @samp{fit(@var{modelvec}, @var{data})} is allowed
25335 where @var{modelvec} is a 2- or 3-vector describing the model
25336 and variables, as discussed previously.
25338 If Calc is unable to do the fit, the @code{fit} function is left
25339 in symbolic form, ordinarily with an explanatory message.  The
25340 message will be ``Model expression is too complex'' if the
25341 linearizer was unable to put the model into the required form.
25343 The @code{efit} (corresponding to @kbd{H a F}) and @code{xfit}
25344 (for @kbd{I a F}) functions are completely analogous.
25346 @node Interpolation, ,  Curve Fitting Details, Curve Fitting
25347 @subsection Polynomial Interpolation
25349 @kindex a p
25350 @pindex calc-poly-interp
25351 @tindex polint
25352 The @kbd{a p} (@code{calc-poly-interp}) [@code{polint}] command does
25353 a polynomial interpolation at a particular @expr{x} value.  It takes
25354 two arguments from the stack:  A data matrix of the sort used by
25355 @kbd{a F}, and a single number which represents the desired @expr{x}
25356 value.  Calc effectively does an exact polynomial fit as if by @kbd{a F i},
25357 then substitutes the @expr{x} value into the result in order to get an
25358 approximate @expr{y} value based on the fit.  (Calc does not actually
25359 use @kbd{a F i}, however; it uses a direct method which is both more
25360 efficient and more numerically stable.)
25362 The result of @kbd{a p} is actually a vector of two values:  The @expr{y}
25363 value approximation, and an error measure @expr{dy} that reflects Calc's
25364 estimation of the probable error of the approximation at that value of
25365 @expr{x}.  If the input @expr{x} is equal to any of the @expr{x} values
25366 in the data matrix, the output @expr{y} will be the corresponding @expr{y}
25367 value from the matrix, and the output @expr{dy} will be exactly zero.
25369 A prefix argument of 2 causes @kbd{a p} to take separate x- and
25370 y-vectors from the stack instead of one data matrix.
25372 If @expr{x} is a vector of numbers, @kbd{a p} will return a matrix of
25373 interpolated results for each of those @expr{x} values.  (The matrix will
25374 have two columns, the @expr{y} values and the @expr{dy} values.)
25375 If @expr{x} is a formula instead of a number, the @code{polint} function
25376 remains in symbolic form; use the @kbd{a "} command to expand it out to
25377 a formula that describes the fit in symbolic terms.
25379 In all cases, the @kbd{a p} command leaves the data vectors or matrix
25380 on the stack.  Only the @expr{x} value is replaced by the result.
25382 @kindex H a p
25383 @tindex ratint
25384 The @kbd{H a p} [@code{ratint}] command does a rational function
25385 interpolation.  It is used exactly like @kbd{a p}, except that it
25386 uses as its model the quotient of two polynomials.  If there are
25387 @expr{N} data points, the numerator and denominator polynomials will
25388 each have degree @expr{N/2} (if @expr{N} is odd, the denominator will
25389 have degree one higher than the numerator).
25391 Rational approximations have the advantage that they can accurately
25392 describe functions that have poles (points at which the function's value
25393 goes to infinity, so that the denominator polynomial of the approximation
25394 goes to zero).  If @expr{x} corresponds to a pole of the fitted rational
25395 function, then the result will be a division by zero.  If Infinite mode
25396 is enabled, the result will be @samp{[uinf, uinf]}.
25398 There is no way to get the actual coefficients of the rational function
25399 used by @kbd{H a p}.  (The algorithm never generates these coefficients
25400 explicitly, and quotients of polynomials are beyond @w{@kbd{a F}}'s
25401 capabilities to fit.)
25403 @node Summations, Logical Operations, Curve Fitting, Algebra
25404 @section Summations
25406 @noindent
25407 @cindex Summation of a series
25408 @kindex a +
25409 @pindex calc-summation
25410 @tindex sum
25411 The @kbd{a +} (@code{calc-summation}) [@code{sum}] command computes
25412 the sum of a formula over a certain range of index values.  The formula
25413 is taken from the top of the stack; the command prompts for the
25414 name of the summation index variable, the lower limit of the
25415 sum (any formula), and the upper limit of the sum.  If you
25416 enter a blank line at any of these prompts, that prompt and
25417 any later ones are answered by reading additional elements from
25418 the stack.  Thus, @kbd{' k^2 @key{RET} ' k @key{RET} 1 @key{RET} 5 @key{RET} a + @key{RET}}
25419 produces the result 55.
25420 @tex
25421 \turnoffactive
25422 $$ \sum_{k=1}^5 k^2 = 55 $$
25423 @end tex
25425 The choice of index variable is arbitrary, but it's best not to
25426 use a variable with a stored value.  In particular, while
25427 @code{i} is often a favorite index variable, it should be avoided
25428 in Calc because @code{i} has the imaginary constant @expr{(0, 1)}
25429 as a value.  If you pressed @kbd{=} on a sum over @code{i}, it would
25430 be changed to a nonsensical sum over the ``variable'' @expr{(0, 1)}!
25431 If you really want to use @code{i} as an index variable, use
25432 @w{@kbd{s u i @key{RET}}} first to ``unstore'' this variable.
25433 (@xref{Storing Variables}.)
25435 A numeric prefix argument steps the index by that amount rather
25436 than by one.  Thus @kbd{' a_k @key{RET} C-u -2 a + k @key{RET} 10 @key{RET} 0 @key{RET}}
25437 yields @samp{a_10 + a_8 + a_6 + a_4 + a_2 + a_0}.  A prefix
25438 argument of plain @kbd{C-u} causes @kbd{a +} to prompt for the
25439 step value, in which case you can enter any formula or enter
25440 a blank line to take the step value from the stack.  With the
25441 @kbd{C-u} prefix, @kbd{a +} can take up to five arguments from
25442 the stack:  The formula, the variable, the lower limit, the
25443 upper limit, and (at the top of the stack), the step value.
25445 Calc knows how to do certain sums in closed form.  For example,
25446 @samp{sum(6 k^2, k, 1, n) = @w{2 n^3} + 3 n^2 + n}.  In particular,
25447 this is possible if the formula being summed is polynomial or
25448 exponential in the index variable.  Sums of logarithms are
25449 transformed into logarithms of products.  Sums of trigonometric
25450 and hyperbolic functions are transformed to sums of exponentials
25451 and then done in closed form.  Also, of course, sums in which the
25452 lower and upper limits are both numbers can always be evaluated
25453 just by grinding them out, although Calc will use closed forms
25454 whenever it can for the sake of efficiency.
25456 The notation for sums in algebraic formulas is
25457 @samp{sum(@var{expr}, @var{var}, @var{low}, @var{high}, @var{step})}.
25458 If @var{step} is omitted, it defaults to one.  If @var{high} is
25459 omitted, @var{low} is actually the upper limit and the lower limit
25460 is one.  If @var{low} is also omitted, the limits are @samp{-inf}
25461 and @samp{inf}, respectively.
25463 Infinite sums can sometimes be evaluated:  @samp{sum(.5^k, k, 1, inf)}
25464 returns @expr{1}.  This is done by evaluating the sum in closed
25465 form (to @samp{1. - 0.5^n} in this case), then evaluating this
25466 formula with @code{n} set to @code{inf}.  Calc's usual rules
25467 for ``infinite'' arithmetic can find the answer from there.  If
25468 infinite arithmetic yields a @samp{nan}, or if the sum cannot be
25469 solved in closed form, Calc leaves the @code{sum} function in
25470 symbolic form.  @xref{Infinities}.
25472 As a special feature, if the limits are infinite (or omitted, as
25473 described above) but the formula includes vectors subscripted by
25474 expressions that involve the iteration variable, Calc narrows
25475 the limits to include only the range of integers which result in
25476 valid subscripts for the vector.  For example, the sum
25477 @samp{sum(k [a,b,c,d,e,f,g]_(2k),k)} evaluates to @samp{b + 2 d + 3 f}.
25479 The limits of a sum do not need to be integers.  For example,
25480 @samp{sum(a_k, k, 0, 2 n, n)} produces @samp{a_0 + a_n + a_(2 n)}.
25481 Calc computes the number of iterations using the formula
25482 @samp{1 + (@var{high} - @var{low}) / @var{step}}, which must,
25483 after simplification as if by @kbd{a s}, evaluate to an integer.
25485 If the number of iterations according to the above formula does
25486 not come out to an integer, the sum is invalid and will be left
25487 in symbolic form.  However, closed forms are still supplied, and
25488 you are on your honor not to misuse the resulting formulas by
25489 substituting mismatched bounds into them.  For example,
25490 @samp{sum(k, k, 1, 10, 2)} is invalid, but Calc will go ahead and
25491 evaluate the closed form solution for the limits 1 and 10 to get
25492 the rather dubious answer, 29.25.
25494 If the lower limit is greater than the upper limit (assuming a
25495 positive step size), the result is generally zero.  However,
25496 Calc only guarantees a zero result when the upper limit is
25497 exactly one step less than the lower limit, i.e., if the number
25498 of iterations is @mathit{-1}.  Thus @samp{sum(f(k), k, n, n-1)} is zero
25499 but the sum from @samp{n} to @samp{n-2} may report a nonzero value
25500 if Calc used a closed form solution.
25502 Calc's logical predicates like @expr{a < b} return 1 for ``true''
25503 and 0 for ``false.''  @xref{Logical Operations}.  This can be
25504 used to advantage for building conditional sums.  For example,
25505 @samp{sum(prime(k)*k^2, k, 1, 20)} is the sum of the squares of all
25506 prime numbers from 1 to 20; the @code{prime} predicate returns 1 if
25507 its argument is prime and 0 otherwise.  You can read this expression
25508 as ``the sum of @expr{k^2}, where @expr{k} is prime.''  Indeed,
25509 @samp{sum(prime(k)*k^2, k)} would represent the sum of @emph{all} primes
25510 squared, since the limits default to plus and minus infinity, but
25511 there are no such sums that Calc's built-in rules can do in
25512 closed form.
25514 As another example, @samp{sum((k != k_0) * f(k), k, 1, n)} is the
25515 sum of @expr{f(k)} for all @expr{k} from 1 to @expr{n}, excluding
25516 one value @expr{k_0}.  Slightly more tricky is the summand
25517 @samp{(k != k_0) / (k - k_0)}, which is an attempt to describe
25518 the sum of all @expr{1/(k-k_0)} except at @expr{k = k_0}, where
25519 this would be a division by zero.  But at @expr{k = k_0}, this
25520 formula works out to the indeterminate form @expr{0 / 0}, which
25521 Calc will not assume is zero.  Better would be to use
25522 @samp{(k != k_0) ? 1/(k-k_0) : 0}; the @samp{? :} operator does
25523 an ``if-then-else'' test:  This expression says, ``if 
25524 @texline @math{k \ne k_0},
25525 @infoline @expr{k != k_0},
25526 then @expr{1/(k-k_0)}, else zero.''  Now the formula @expr{1/(k-k_0)}
25527 will not even be evaluated by Calc when @expr{k = k_0}.
25529 @cindex Alternating sums
25530 @kindex a -
25531 @pindex calc-alt-summation
25532 @tindex asum
25533 The @kbd{a -} (@code{calc-alt-summation}) [@code{asum}] command
25534 computes an alternating sum.  Successive terms of the sequence
25535 are given alternating signs, with the first term (corresponding
25536 to the lower index value) being positive.  Alternating sums
25537 are converted to normal sums with an extra term of the form
25538 @samp{(-1)^(k-@var{low})}.  This formula is adjusted appropriately
25539 if the step value is other than one.  For example, the Taylor
25540 series for the sine function is @samp{asum(x^k / k!, k, 1, inf, 2)}.
25541 (Calc cannot evaluate this infinite series, but it can approximate
25542 it if you replace @code{inf} with any particular odd number.)
25543 Calc converts this series to a regular sum with a step of one,
25544 namely @samp{sum((-1)^k x^(2k+1) / (2k+1)!, k, 0, inf)}.
25546 @cindex Product of a sequence
25547 @kindex a *
25548 @pindex calc-product
25549 @tindex prod
25550 The @kbd{a *} (@code{calc-product}) [@code{prod}] command is
25551 the analogous way to take a product of many terms.  Calc also knows
25552 some closed forms for products, such as @samp{prod(k, k, 1, n) = n!}.
25553 Conditional products can be written @samp{prod(k^prime(k), k, 1, n)}
25554 or @samp{prod(prime(k) ? k : 1, k, 1, n)}.
25556 @kindex a T
25557 @pindex calc-tabulate
25558 @tindex table
25559 The @kbd{a T} (@code{calc-tabulate}) [@code{table}] command
25560 evaluates a formula at a series of iterated index values, just
25561 like @code{sum} and @code{prod}, but its result is simply a
25562 vector of the results.  For example, @samp{table(a_i, i, 1, 7, 2)}
25563 produces @samp{[a_1, a_3, a_5, a_7]}.
25565 @node Logical Operations, Rewrite Rules, Summations, Algebra
25566 @section Logical Operations
25568 @noindent
25569 The following commands and algebraic functions return true/false values,
25570 where 1 represents ``true'' and 0 represents ``false.''  In cases where
25571 a truth value is required (such as for the condition part of a rewrite
25572 rule, or as the condition for a @w{@kbd{Z [ Z ]}} control structure), any
25573 nonzero value is accepted to mean ``true.''  (Specifically, anything
25574 for which @code{dnonzero} returns 1 is ``true,'' and anything for
25575 which @code{dnonzero} returns 0 or cannot decide is assumed ``false.''
25576 Note that this means that @w{@kbd{Z [ Z ]}} will execute the ``then''
25577 portion if its condition is provably true, but it will execute the
25578 ``else'' portion for any condition like @expr{a = b} that is not
25579 provably true, even if it might be true.  Algebraic functions that
25580 have conditions as arguments, like @code{? :} and @code{&&}, remain
25581 unevaluated if the condition is neither provably true nor provably
25582 false.  @xref{Declarations}.)
25584 @kindex a =
25585 @pindex calc-equal-to
25586 @tindex eq
25587 @tindex =
25588 @tindex ==
25589 The @kbd{a =} (@code{calc-equal-to}) command, or @samp{eq(a,b)} function
25590 (which can also be written @samp{a = b} or @samp{a == b} in an algebraic
25591 formula) is true if @expr{a} and @expr{b} are equal, either because they
25592 are identical expressions, or because they are numbers which are
25593 numerically equal.  (Thus the integer 1 is considered equal to the float
25594 1.0.)  If the equality of @expr{a} and @expr{b} cannot be determined,
25595 the comparison is left in symbolic form.  Note that as a command, this
25596 operation pops two values from the stack and pushes back either a 1 or
25597 a 0, or a formula @samp{a = b} if the values' equality cannot be determined.
25599 Many Calc commands use @samp{=} formulas to represent @dfn{equations}.
25600 For example, the @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) command rearranges
25601 an equation to solve for a given variable.  The @kbd{a M}
25602 (@code{calc-map-equation}) command can be used to apply any
25603 function to both sides of an equation; for example, @kbd{2 a M *}
25604 multiplies both sides of the equation by two.  Note that just
25605 @kbd{2 *} would not do the same thing; it would produce the formula
25606 @samp{2 (a = b)} which represents 2 if the equality is true or
25607 zero if not.
25609 The @code{eq} function with more than two arguments (e.g., @kbd{C-u 3 a =}
25610 or @samp{a = b = c}) tests if all of its arguments are equal.  In
25611 algebraic notation, the @samp{=} operator is unusual in that it is
25612 neither left- nor right-associative:  @samp{a = b = c} is not the
25613 same as @samp{(a = b) = c} or @samp{a = (b = c)} (which each compare
25614 one variable with the 1 or 0 that results from comparing two other
25615 variables).
25617 @kindex a #
25618 @pindex calc-not-equal-to
25619 @tindex neq
25620 @tindex !=
25621 The @kbd{a #} (@code{calc-not-equal-to}) command, or @samp{neq(a,b)} or
25622 @samp{a != b} function, is true if @expr{a} and @expr{b} are not equal.
25623 This also works with more than two arguments; @samp{a != b != c != d}
25624 tests that all four of @expr{a}, @expr{b}, @expr{c}, and @expr{d} are
25625 distinct numbers.
25627 @kindex a <
25628 @tindex lt
25629 @ignore
25630 @mindex @idots
25631 @end ignore
25632 @kindex a >
25633 @ignore
25634 @mindex @null
25635 @end ignore
25636 @kindex a [
25637 @ignore
25638 @mindex @null
25639 @end ignore
25640 @kindex a ]
25641 @pindex calc-less-than
25642 @pindex calc-greater-than
25643 @pindex calc-less-equal
25644 @pindex calc-greater-equal
25645 @ignore
25646 @mindex @null
25647 @end ignore
25648 @tindex gt
25649 @ignore
25650 @mindex @null
25651 @end ignore
25652 @tindex leq
25653 @ignore
25654 @mindex @null
25655 @end ignore
25656 @tindex geq
25657 @ignore
25658 @mindex @null
25659 @end ignore
25660 @tindex <
25661 @ignore
25662 @mindex @null
25663 @end ignore
25664 @tindex >
25665 @ignore
25666 @mindex @null
25667 @end ignore
25668 @tindex <=
25669 @ignore
25670 @mindex @null
25671 @end ignore
25672 @tindex >=
25673 The @kbd{a <} (@code{calc-less-than}) [@samp{lt(a,b)} or @samp{a < b}]
25674 operation is true if @expr{a} is less than @expr{b}.  Similar functions
25675 are @kbd{a >} (@code{calc-greater-than}) [@samp{gt(a,b)} or @samp{a > b}],
25676 @kbd{a [} (@code{calc-less-equal}) [@samp{leq(a,b)} or @samp{a <= b}], and
25677 @kbd{a ]} (@code{calc-greater-equal}) [@samp{geq(a,b)} or @samp{a >= b}].
25679 While the inequality functions like @code{lt} do not accept more
25680 than two arguments, the syntax @w{@samp{a <= b < c}} is translated to an
25681 equivalent expression involving intervals: @samp{b in [a .. c)}.
25682 (See the description of @code{in} below.)  All four combinations
25683 of @samp{<} and @samp{<=} are allowed, or any of the four combinations
25684 of @samp{>} and @samp{>=}.  Four-argument constructions like
25685 @samp{a < b < c < d}, and mixtures like @w{@samp{a < b = c}} that
25686 involve both equalities and inequalities, are not allowed.
25688 @kindex a .
25689 @pindex calc-remove-equal
25690 @tindex rmeq
25691 The @kbd{a .} (@code{calc-remove-equal}) [@code{rmeq}] command extracts
25692 the righthand side of the equation or inequality on the top of the
25693 stack.  It also works elementwise on vectors.  For example, if
25694 @samp{[x = 2.34, y = z / 2]} is on the stack, then @kbd{a .} produces
25695 @samp{[2.34, z / 2]}.  As a special case, if the righthand side is a
25696 variable and the lefthand side is a number (as in @samp{2.34 = x}), then
25697 Calc keeps the lefthand side instead.  Finally, this command works with
25698 assignments @samp{x := 2.34} as well as equations, always taking the
25699 righthand side, and for @samp{=>} (evaluates-to) operators, always
25700 taking the lefthand side.
25702 @kindex a &
25703 @pindex calc-logical-and
25704 @tindex land
25705 @tindex &&
25706 The @kbd{a &} (@code{calc-logical-and}) [@samp{land(a,b)} or @samp{a && b}]
25707 function is true if both of its arguments are true, i.e., are
25708 non-zero numbers.  In this case, the result will be either @expr{a} or
25709 @expr{b}, chosen arbitrarily.  If either argument is zero, the result is
25710 zero.  Otherwise, the formula is left in symbolic form.
25712 @kindex a |
25713 @pindex calc-logical-or
25714 @tindex lor
25715 @tindex ||
25716 The @kbd{a |} (@code{calc-logical-or}) [@samp{lor(a,b)} or @samp{a || b}]
25717 function is true if either or both of its arguments are true (nonzero).
25718 The result is whichever argument was nonzero, choosing arbitrarily if both
25719 are nonzero.  If both @expr{a} and @expr{b} are zero, the result is
25720 zero.
25722 @kindex a !
25723 @pindex calc-logical-not
25724 @tindex lnot
25725 @tindex !
25726 The @kbd{a !} (@code{calc-logical-not}) [@samp{lnot(a)} or @samp{!@: a}]
25727 function is true if @expr{a} is false (zero), or false if @expr{a} is
25728 true (nonzero).  It is left in symbolic form if @expr{a} is not a
25729 number.
25731 @kindex a :
25732 @pindex calc-logical-if
25733 @tindex if
25734 @ignore
25735 @mindex ? :
25736 @end ignore
25737 @tindex ?
25738 @ignore
25739 @mindex @null
25740 @end ignore
25741 @tindex :
25742 @cindex Arguments, not evaluated
25743 The @kbd{a :} (@code{calc-logical-if}) [@samp{if(a,b,c)} or @samp{a ? b :@: c}]
25744 function is equal to either @expr{b} or @expr{c} if @expr{a} is a nonzero
25745 number or zero, respectively.  If @expr{a} is not a number, the test is
25746 left in symbolic form and neither @expr{b} nor @expr{c} is evaluated in
25747 any way.  In algebraic formulas, this is one of the few Calc functions
25748 whose arguments are not automatically evaluated when the function itself
25749 is evaluated.  The others are @code{lambda}, @code{quote}, and
25750 @code{condition}.
25752 One minor surprise to watch out for is that the formula @samp{a?3:4}
25753 will not work because the @samp{3:4} is parsed as a fraction instead of
25754 as three separate symbols.  Type something like @samp{a ? 3 : 4} or
25755 @samp{a?(3):4} instead.
25757 As a special case, if @expr{a} evaluates to a vector, then both @expr{b}
25758 and @expr{c} are evaluated; the result is a vector of the same length
25759 as @expr{a} whose elements are chosen from corresponding elements of
25760 @expr{b} and @expr{c} according to whether each element of @expr{a}
25761 is zero or nonzero.  Each of @expr{b} and @expr{c} must be either a
25762 vector of the same length as @expr{a}, or a non-vector which is matched
25763 with all elements of @expr{a}.
25765 @kindex a @{
25766 @pindex calc-in-set
25767 @tindex in
25768 The @kbd{a @{} (@code{calc-in-set}) [@samp{in(a,b)}] function is true if
25769 the number @expr{a} is in the set of numbers represented by @expr{b}.
25770 If @expr{b} is an interval form, @expr{a} must be one of the values
25771 encompassed by the interval.  If @expr{b} is a vector, @expr{a} must be
25772 equal to one of the elements of the vector.  (If any vector elements are
25773 intervals, @expr{a} must be in any of the intervals.)  If @expr{b} is a
25774 plain number, @expr{a} must be numerically equal to @expr{b}.
25775 @xref{Set Operations}, for a group of commands that manipulate sets
25776 of this sort.
25778 @ignore
25779 @starindex
25780 @end ignore
25781 @tindex typeof
25782 The @samp{typeof(a)} function produces an integer or variable which
25783 characterizes @expr{a}.  If @expr{a} is a number, vector, or variable,
25784 the result will be one of the following numbers:
25786 @example
25787  1   Integer
25788  2   Fraction
25789  3   Floating-point number
25790  4   HMS form
25791  5   Rectangular complex number
25792  6   Polar complex number
25793  7   Error form
25794  8   Interval form
25795  9   Modulo form
25796 10   Date-only form
25797 11   Date/time form
25798 12   Infinity (inf, uinf, or nan)
25799 100  Variable
25800 101  Vector (but not a matrix)
25801 102  Matrix
25802 @end example
25804 Otherwise, @expr{a} is a formula, and the result is a variable which
25805 represents the name of the top-level function call.
25807 @ignore
25808 @starindex
25809 @end ignore
25810 @tindex integer
25811 @ignore
25812 @starindex
25813 @end ignore
25814 @tindex real
25815 @ignore
25816 @starindex
25817 @end ignore
25818 @tindex constant
25819 The @samp{integer(a)} function returns true if @expr{a} is an integer.
25820 The @samp{real(a)} function
25821 is true if @expr{a} is a real number, either integer, fraction, or
25822 float.  The @samp{constant(a)} function returns true if @expr{a} is
25823 any of the objects for which @code{typeof} would produce an integer
25824 code result except for variables, and provided that the components of
25825 an object like a vector or error form are themselves constant.
25826 Note that infinities do not satisfy any of these tests, nor do
25827 special constants like @code{pi} and @code{e}.
25829 @xref{Declarations}, for a set of similar functions that recognize
25830 formulas as well as actual numbers.  For example, @samp{dint(floor(x))}
25831 is true because @samp{floor(x)} is provably integer-valued, but
25832 @samp{integer(floor(x))} does not because @samp{floor(x)} is not
25833 literally an integer constant.
25835 @ignore
25836 @starindex
25837 @end ignore
25838 @tindex refers
25839 The @samp{refers(a,b)} function is true if the variable (or sub-expression)
25840 @expr{b} appears in @expr{a}, or false otherwise.  Unlike the other
25841 tests described here, this function returns a definite ``no'' answer
25842 even if its arguments are still in symbolic form.  The only case where
25843 @code{refers} will be left unevaluated is if @expr{a} is a plain
25844 variable (different from @expr{b}).
25846 @ignore
25847 @starindex
25848 @end ignore
25849 @tindex negative
25850 The @samp{negative(a)} function returns true if @expr{a} ``looks'' negative,
25851 because it is a negative number, because it is of the form @expr{-x},
25852 or because it is a product or quotient with a term that looks negative.
25853 This is most useful in rewrite rules.  Beware that @samp{negative(a)}
25854 evaluates to 1 or 0 for @emph{any} argument @expr{a}, so it can only
25855 be stored in a formula if the default simplifications are turned off
25856 first with @kbd{m O} (or if it appears in an unevaluated context such
25857 as a rewrite rule condition).
25859 @ignore
25860 @starindex
25861 @end ignore
25862 @tindex variable
25863 The @samp{variable(a)} function is true if @expr{a} is a variable,
25864 or false if not.  If @expr{a} is a function call, this test is left
25865 in symbolic form.  Built-in variables like @code{pi} and @code{inf}
25866 are considered variables like any others by this test.
25868 @ignore
25869 @starindex
25870 @end ignore
25871 @tindex nonvar
25872 The @samp{nonvar(a)} function is true if @expr{a} is a non-variable.
25873 If its argument is a variable it is left unsimplified; it never
25874 actually returns zero.  However, since Calc's condition-testing
25875 commands consider ``false'' anything not provably true, this is
25876 often good enough.
25878 @ignore
25879 @starindex
25880 @end ignore
25881 @tindex lin
25882 @ignore
25883 @starindex
25884 @end ignore
25885 @tindex linnt
25886 @ignore
25887 @starindex
25888 @end ignore
25889 @tindex islin
25890 @ignore
25891 @starindex
25892 @end ignore
25893 @tindex islinnt
25894 @cindex Linearity testing
25895 The functions @code{lin}, @code{linnt}, @code{islin}, and @code{islinnt}
25896 check if an expression is ``linear,'' i.e., can be written in the form
25897 @expr{a + b x} for some constants @expr{a} and @expr{b}, and some
25898 variable or subformula @expr{x}.  The function @samp{islin(f,x)} checks
25899 if formula @expr{f} is linear in @expr{x}, returning 1 if so.  For
25900 example, @samp{islin(x,x)}, @samp{islin(-x,x)}, @samp{islin(3,x)}, and
25901 @samp{islin(x y / 3 - 2, x)} all return 1.  The @samp{lin(f,x)} function
25902 is similar, except that instead of returning 1 it returns the vector
25903 @expr{[a, b, x]}.  For the above examples, this vector would be
25904 @expr{[0, 1, x]}, @expr{[0, -1, x]}, @expr{[3, 0, x]}, and
25905 @expr{[-2, y/3, x]}, respectively.  Both @code{lin} and @code{islin}
25906 generally remain unevaluated for expressions which are not linear,
25907 e.g., @samp{lin(2 x^2, x)} and @samp{lin(sin(x), x)}.  The second
25908 argument can also be a formula; @samp{islin(2 + 3 sin(x), sin(x))}
25909 returns true.
25911 The @code{linnt} and @code{islinnt} functions perform a similar check,
25912 but require a ``non-trivial'' linear form, which means that the
25913 @expr{b} coefficient must be non-zero.  For example, @samp{lin(2,x)}
25914 returns @expr{[2, 0, x]} and @samp{lin(y,x)} returns @expr{[y, 0, x]},
25915 but @samp{linnt(2,x)} and @samp{linnt(y,x)} are left unevaluated
25916 (in other words, these formulas are considered to be only ``trivially''
25917 linear in @expr{x}).
25919 All four linearity-testing functions allow you to omit the second
25920 argument, in which case the input may be linear in any non-constant
25921 formula.  Here, the @expr{a=0}, @expr{b=1} case is also considered
25922 trivial, and only constant values for @expr{a} and @expr{b} are
25923 recognized.  Thus, @samp{lin(2 x y)} returns @expr{[0, 2, x y]},
25924 @samp{lin(2 - x y)} returns @expr{[2, -1, x y]}, and @samp{lin(x y)}
25925 returns @expr{[0, 1, x y]}.  The @code{linnt} function would allow the
25926 first two cases but not the third.  Also, neither @code{lin} nor
25927 @code{linnt} accept plain constants as linear in the one-argument
25928 case: @samp{islin(2,x)} is true, but @samp{islin(2)} is false.
25930 @ignore
25931 @starindex
25932 @end ignore
25933 @tindex istrue
25934 The @samp{istrue(a)} function returns 1 if @expr{a} is a nonzero
25935 number or provably nonzero formula, or 0 if @expr{a} is anything else.
25936 Calls to @code{istrue} can only be manipulated if @kbd{m O} mode is
25937 used to make sure they are not evaluated prematurely.  (Note that
25938 declarations are used when deciding whether a formula is true;
25939 @code{istrue} returns 1 when @code{dnonzero} would return 1, and
25940 it returns 0 when @code{dnonzero} would return 0 or leave itself
25941 in symbolic form.)
25943 @node Rewrite Rules, , Logical Operations, Algebra
25944 @section Rewrite Rules
25946 @noindent
25947 @cindex Rewrite rules
25948 @cindex Transformations
25949 @cindex Pattern matching
25950 @kindex a r
25951 @pindex calc-rewrite
25952 @tindex rewrite
25953 The @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) [@code{rewrite}] command makes
25954 substitutions in a formula according to a specified pattern or patterns
25955 known as @dfn{rewrite rules}.  Whereas @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
25956 matches literally, so that substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(x)}
25957 matches only the @code{sin} function applied to the variable @code{x},
25958 rewrite rules match general kinds of formulas; rewriting using the rule
25959 @samp{sin(x) := cos(x)} matches @code{sin} of any argument and replaces
25960 it with @code{cos} of that same argument.  The only significance of the
25961 name @code{x} is that the same name is used on both sides of the rule.
25963 Rewrite rules rearrange formulas already in Calc's memory.
25964 @xref{Syntax Tables}, to read about @dfn{syntax rules}, which are
25965 similar to algebraic rewrite rules but operate when new algebraic
25966 entries are being parsed, converting strings of characters into
25967 Calc formulas.
25969 @menu
25970 * Entering Rewrite Rules::
25971 * Basic Rewrite Rules::
25972 * Conditional Rewrite Rules::
25973 * Algebraic Properties of Rewrite Rules::
25974 * Other Features of Rewrite Rules::
25975 * Composing Patterns in Rewrite Rules::
25976 * Nested Formulas with Rewrite Rules::
25977 * Multi-Phase Rewrite Rules::
25978 * Selections with Rewrite Rules::
25979 * Matching Commands::
25980 * Automatic Rewrites::
25981 * Debugging Rewrites::
25982 * Examples of Rewrite Rules::
25983 @end menu
25985 @node Entering Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules, Rewrite Rules
25986 @subsection Entering Rewrite Rules
25988 @noindent
25989 Rewrite rules normally use the ``assignment'' operator
25990 @samp{@var{old} := @var{new}}.
25991 This operator is equivalent to the function call @samp{assign(old, new)}.
25992 The @code{assign} function is undefined by itself in Calc, so an
25993 assignment formula such as a rewrite rule will be left alone by ordinary
25994 Calc commands.  But certain commands, like the rewrite system, interpret
25995 assignments in special ways.
25997 For example, the rule @samp{sin(x)^2 := 1-cos(x)^2} says to replace
25998 every occurrence of the sine of something, squared, with one minus the
25999 square of the cosine of that same thing.  All by itself as a formula
26000 on the stack it does nothing, but when given to the @kbd{a r} command
26001 it turns that command into a sine-squared-to-cosine-squared converter.
26003 To specify a set of rules to be applied all at once, make a vector of
26004 rules.
26006 When @kbd{a r} prompts you to enter the rewrite rules, you can answer
26007 in several ways:
26009 @enumerate
26010 @item
26011 With a rule:  @kbd{f(x) := g(x) @key{RET}}.
26012 @item
26013 With a vector of rules:  @kbd{[f1(x) := g1(x), f2(x) := g2(x)] @key{RET}}.
26014 (You can omit the enclosing square brackets if you wish.)
26015 @item
26016 With the name of a variable that contains the rule or rules vector:
26017 @kbd{myrules @key{RET}}.
26018 @item
26019 With any formula except a rule, a vector, or a variable name; this
26020 will be interpreted as the @var{old} half of a rewrite rule,
26021 and you will be prompted a second time for the @var{new} half:
26022 @kbd{f(x) @key{RET} g(x) @key{RET}}.
26023 @item
26024 With a blank line, in which case the rule, rules vector, or variable
26025 will be taken from the top of the stack (and the formula to be
26026 rewritten will come from the second-to-top position).
26027 @end enumerate
26029 If you enter the rules directly (as opposed to using rules stored
26030 in a variable), those rules will be put into the Trail so that you
26031 can retrieve them later.  @xref{Trail Commands}.
26033 It is most convenient to store rules you use often in a variable and
26034 invoke them by giving the variable name.  The @kbd{s e}
26035 (@code{calc-edit-variable}) command is an easy way to create or edit a
26036 rule set stored in a variable.  You may also wish to use @kbd{s p}
26037 (@code{calc-permanent-variable}) to save your rules permanently;
26038 @pxref{Operations on Variables}.
26040 Rewrite rules are compiled into a special internal form for faster
26041 matching.  If you enter a rule set directly it must be recompiled
26042 every time.  If you store the rules in a variable and refer to them
26043 through that variable, they will be compiled once and saved away
26044 along with the variable for later reference.  This is another good
26045 reason to store your rules in a variable.
26047 Calc also accepts an obsolete notation for rules, as vectors
26048 @samp{[@var{old}, @var{new}]}.  But because it is easily confused with a
26049 vector of two rules, the use of this notation is no longer recommended.
26051 @node Basic Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Entering Rewrite Rules, Rewrite Rules
26052 @subsection Basic Rewrite Rules
26054 @noindent
26055 To match a particular formula @expr{x} with a particular rewrite rule
26056 @samp{@var{old} := @var{new}}, Calc compares the structure of @expr{x} with
26057 the structure of @var{old}.  Variables that appear in @var{old} are
26058 treated as @dfn{meta-variables}; the corresponding positions in @expr{x}
26059 may contain any sub-formulas.  For example, the pattern @samp{f(x,y)}
26060 would match the expression @samp{f(12, a+1)} with the meta-variable
26061 @samp{x} corresponding to 12 and with @samp{y} corresponding to
26062 @samp{a+1}.  However, this pattern would not match @samp{f(12)} or
26063 @samp{g(12, a+1)}, since there is no assignment of the meta-variables
26064 that will make the pattern match these expressions.  Notice that if
26065 the pattern is a single meta-variable, it will match any expression.
26067 If a given meta-variable appears more than once in @var{old}, the
26068 corresponding sub-formulas of @expr{x} must be identical.  Thus
26069 the pattern @samp{f(x,x)} would match @samp{f(12, 12)} and
26070 @samp{f(a+1, a+1)} but not @samp{f(12, a+1)} or @samp{f(a+b, b+a)}.
26071 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for a way to match the latter.)
26073 Things other than variables must match exactly between the pattern
26074 and the target formula.  To match a particular variable exactly, use
26075 the pseudo-function @samp{quote(v)} in the pattern.  For example, the
26076 pattern @samp{x+quote(y)} matches @samp{x+y}, @samp{2+y}, or
26077 @samp{sin(a)+y}.
26079 The special variable names @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi},
26080 @samp{gamma}, @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} always match
26081 literally.  Thus the pattern @samp{sin(d + e + f)} acts exactly like
26082 @samp{sin(d + quote(e) + f)}.
26084 If the @var{old} pattern is found to match a given formula, that
26085 formula is replaced by @var{new}, where any occurrences in @var{new}
26086 of meta-variables from the pattern are replaced with the sub-formulas
26087 that they matched.  Thus, applying the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x)}
26088 to @samp{f(12, a+1)} would produce @samp{g(a+13, 12)}.
26090 The normal @kbd{a r} command applies rewrite rules over and over
26091 throughout the target formula until no further changes are possible
26092 (up to a limit of 100 times).  Use @kbd{C-u 1 a r} to make only one
26093 change at a time.
26095 @node Conditional Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules
26096 @subsection Conditional Rewrite Rules
26098 @noindent
26099 A rewrite rule can also be @dfn{conditional}, written in the form
26100 @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}}.  (There is also the obsolete
26101 form @samp{[@var{old}, @var{new}, @var{cond}]}.)  If a @var{cond} part
26102 is present in the
26103 rule, this is an additional condition that must be satisfied before
26104 the rule is accepted.  Once @var{old} has been successfully matched
26105 to the target expression, @var{cond} is evaluated (with all the
26106 meta-variables substituted for the values they matched) and simplified
26107 with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}).  If the result is a nonzero
26108 number or any other object known to be nonzero (@pxref{Declarations}),
26109 the rule is accepted.  If the result is zero or if it is a symbolic
26110 formula that is not known to be nonzero, the rule is rejected.
26111 @xref{Logical Operations}, for a number of functions that return
26112 1 or 0 according to the results of various tests.
26114 For example, the formula @samp{n > 0} simplifies to 1 or 0 if @expr{n}
26115 is replaced by a positive or nonpositive number, respectively (or if
26116 @expr{n} has been declared to be positive or nonpositive).  Thus,
26117 the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x) :: x+y > 0} would apply to
26118 @samp{f(0, 4)} but not to @samp{f(-3, 2)} or @samp{f(12, a+1)}
26119 (assuming no outstanding declarations for @expr{a}).  In the case of
26120 @samp{f(-3, 2)}, the condition can be shown not to be satisfied; in
26121 the case of @samp{f(12, a+1)}, the condition merely cannot be shown
26122 to be satisfied, but that is enough to reject the rule.
26124 While Calc will use declarations to reason about variables in the
26125 formula being rewritten, declarations do not apply to meta-variables.
26126 For example, the rule @samp{f(a) := g(a+1)} will match for any values
26127 of @samp{a}, such as complex numbers, vectors, or formulas, even if
26128 @samp{a} has been declared to be real or scalar.  If you want the
26129 meta-variable @samp{a} to match only literal real numbers, use
26130 @samp{f(a) := g(a+1) :: real(a)}.  If you want @samp{a} to match only
26131 reals and formulas which are provably real, use @samp{dreal(a)} as
26132 the condition.
26134 The @samp{::} operator is a shorthand for the @code{condition}
26135 function; @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}} is equivalent to
26136 the formula @samp{condition(assign(@var{old}, @var{new}), @var{cond})}.
26138 If you have several conditions, you can use @samp{... :: c1 :: c2 :: c3}
26139 or @samp{... :: c1 && c2 && c3}.  The two are entirely equivalent.
26141 It is also possible to embed conditions inside the pattern:
26142 @samp{f(x :: x>0, y) := g(y+x, x)}.  This is purely a notational
26143 convenience, though; where a condition appears in a rule has no
26144 effect on when it is tested.  The rewrite-rule compiler automatically
26145 decides when it is best to test each condition while a rule is being
26146 matched.
26148 Certain conditions are handled as special cases by the rewrite rule
26149 system and are tested very efficiently:  Where @expr{x} is any
26150 meta-variable, these conditions are @samp{integer(x)}, @samp{real(x)},
26151 @samp{constant(x)}, @samp{negative(x)}, @samp{x >= y} where @expr{y}
26152 is either a constant or another meta-variable and @samp{>=} may be
26153 replaced by any of the six relational operators, and @samp{x % a = b}
26154 where @expr{a} and @expr{b} are constants.  Other conditions, like
26155 @samp{x >= y+1} or @samp{dreal(x)}, will be less efficient to check
26156 since Calc must bring the whole evaluator and simplifier into play.
26158 An interesting property of @samp{::} is that neither of its arguments
26159 will be touched by Calc's default simplifications.  This is important
26160 because conditions often are expressions that cannot safely be
26161 evaluated early.  For example, the @code{typeof} function never
26162 remains in symbolic form; entering @samp{typeof(a)} will put the
26163 number 100 (the type code for variables like @samp{a}) on the stack.
26164 But putting the condition @samp{... :: typeof(a) = 6} on the stack
26165 is safe since @samp{::} prevents the @code{typeof} from being
26166 evaluated until the condition is actually used by the rewrite system.
26168 Since @samp{::} protects its lefthand side, too, you can use a dummy
26169 condition to protect a rule that must itself not evaluate early.
26170 For example, it's not safe to put @samp{a(f,x) := apply(f, [x])} on
26171 the stack because it will immediately evaluate to @samp{a(f,x) := f(x)},
26172 where the meta-variable-ness of @code{f} on the righthand side has been
26173 lost.  But @samp{a(f,x) := apply(f, [x]) :: 1} is safe, and of course
26174 the condition @samp{1} is always true (nonzero) so it has no effect on
26175 the functioning of the rule.  (The rewrite compiler will ensure that
26176 it doesn't even impact the speed of matching the rule.)
26178 @node Algebraic Properties of Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Rewrite Rules
26179 @subsection Algebraic Properties of Rewrite Rules
26181 @noindent
26182 The rewrite mechanism understands the algebraic properties of functions
26183 like @samp{+} and @samp{*}.  In particular, pattern matching takes
26184 the associativity and commutativity of the following functions into
26185 account:
26187 @smallexample
26188 + - *  = !=  && ||  and or xor  vint vunion vxor  gcd lcm  max min  beta
26189 @end smallexample
26191 For example, the rewrite rule:
26193 @example
26194 a x + b x  :=  (a + b) x
26195 @end example
26197 @noindent
26198 will match formulas of the form,
26200 @example
26201 a x + b x,  x a + x b,  a x + x b,  x a + b x
26202 @end example
26204 Rewrites also understand the relationship between the @samp{+} and @samp{-}
26205 operators.  The above rewrite rule will also match the formulas,
26207 @example
26208 a x - b x,  x a - x b,  a x - x b,  x a - b x
26209 @end example
26211 @noindent
26212 by matching @samp{b} in the pattern to @samp{-b} from the formula.
26214 Applied to a sum of many terms like @samp{r + a x + s + b x + t}, this
26215 pattern will check all pairs of terms for possible matches.  The rewrite
26216 will take whichever suitable pair it discovers first.
26218 In general, a pattern using an associative operator like @samp{a + b}
26219 will try @var{2 n} different ways to match a sum of @var{n} terms
26220 like @samp{x + y + z - w}.  First, @samp{a} is matched against each
26221 of @samp{x}, @samp{y}, @samp{z}, and @samp{-w} in turn, with @samp{b}
26222 being matched to the remainders @samp{y + z - w}, @samp{x + z - w}, etc.
26223 If none of these succeed, then @samp{b} is matched against each of the
26224 four terms with @samp{a} matching the remainder.  Half-and-half matches,
26225 like @samp{(x + y) + (z - w)}, are not tried.
26227 Note that @samp{*} is not commutative when applied to matrices, but
26228 rewrite rules pretend that it is.  If you type @kbd{m v} to enable
26229 Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), rewrite rules will match @samp{*}
26230 literally, ignoring its usual commutativity property.  (In the
26231 current implementation, the associativity also vanishes---it is as
26232 if the pattern had been enclosed in a @code{plain} marker; see below.)
26233 If you are applying rewrites to formulas with matrices, it's best to
26234 enable Matrix mode first to prevent algebraically incorrect rewrites
26235 from occurring.
26237 The pattern @samp{-x} will actually match any expression.  For example,
26238 the rule
26240 @example
26241 f(-x)  :=  -f(x)
26242 @end example
26244 @noindent
26245 will rewrite @samp{f(a)} to @samp{-f(-a)}.  To avoid this, either use
26246 a @code{plain} marker as described below, or add a @samp{negative(x)}
26247 condition.  The @code{negative} function is true if its argument
26248 ``looks'' negative, for example, because it is a negative number or
26249 because it is a formula like @samp{-x}.  The new rule using this
26250 condition is:
26252 @example
26253 f(x)  :=  -f(-x)  :: negative(x)    @r{or, equivalently,}
26254 f(-x)  :=  -f(x)  :: negative(-x)
26255 @end example
26257 In the same way, the pattern @samp{x - y} will match the sum @samp{a + b}
26258 by matching @samp{y} to @samp{-b}.
26260 The pattern @samp{a b} will also match the formula @samp{x/y} if
26261 @samp{y} is a number.  Thus the rule @samp{a x + @w{b x} := (a+b) x}
26262 will also convert @samp{a x + x / 2} to @samp{(a + 0.5) x} (or
26263 @samp{(a + 1:2) x}, depending on the current fraction mode).
26265 Calc will @emph{not} take other liberties with @samp{*}, @samp{/}, and
26266 @samp{^}.  For example, the pattern @samp{f(a b)} will not match
26267 @samp{f(x^2)}, and @samp{f(a + b)} will not match @samp{f(2 x)}, even
26268 though conceivably these patterns could match with @samp{a = b = x}.
26269 Nor will @samp{f(a b)} match @samp{f(x / y)} if @samp{y} is not a
26270 constant, even though it could be considered to match with @samp{a = x}
26271 and @samp{b = 1/y}.  The reasons are partly for efficiency, and partly
26272 because while few mathematical operations are substantively different
26273 for addition and subtraction, often it is preferable to treat the cases
26274 of multiplication, division, and integer powers separately.
26276 Even more subtle is the rule set
26278 @example
26279 [ f(a) + f(b) := f(a + b),  -f(a) := f(-a) ]
26280 @end example
26282 @noindent
26283 attempting to match @samp{f(x) - f(y)}.  You might think that Calc
26284 will view this subtraction as @samp{f(x) + (-f(y))} and then apply
26285 the above two rules in turn, but actually this will not work because
26286 Calc only does this when considering rules for @samp{+} (like the
26287 first rule in this set).  So it will see first that @samp{f(x) + (-f(y))}
26288 does not match @samp{f(a) + f(b)} for any assignments of the
26289 meta-variables, and then it will see that @samp{f(x) - f(y)} does
26290 not match @samp{-f(a)} for any assignment of @samp{a}.  Because Calc
26291 tries only one rule at a time, it will not be able to rewrite
26292 @samp{f(x) - f(y)} with this rule set.  An explicit @samp{f(a) - f(b)}
26293 rule will have to be added.
26295 Another thing patterns will @emph{not} do is break up complex numbers.
26296 The pattern @samp{myconj(a + @w{b i)} := a - b i} will work for formulas
26297 involving the special constant @samp{i} (such as @samp{3 - 4 i}), but
26298 it will not match actual complex numbers like @samp{(3, -4)}.  A version
26299 of the above rule for complex numbers would be
26301 @example
26302 myconj(a)  :=  re(a) - im(a) (0,1)  :: im(a) != 0
26303 @end example
26305 @noindent
26306 (Because the @code{re} and @code{im} functions understand the properties
26307 of the special constant @samp{i}, this rule will also work for
26308 @samp{3 - 4 i}.  In fact, this particular rule would probably be better
26309 without the @samp{im(a) != 0} condition, since if @samp{im(a) = 0} the
26310 righthand side of the rule will still give the correct answer for the
26311 conjugate of a real number.)
26313 It is also possible to specify optional arguments in patterns.  The rule
26315 @example
26316 opt(a) x + opt(b) (x^opt(c) + opt(d))  :=  f(a, b, c, d)
26317 @end example
26319 @noindent
26320 will match the formula
26322 @example
26323 5 (x^2 - 4) + 3 x
26324 @end example
26326 @noindent
26327 in a fairly straightforward manner, but it will also match reduced
26328 formulas like
26330 @example
26331 x + x^2,    2(x + 1) - x,    x + x
26332 @end example
26334 @noindent
26335 producing, respectively,
26337 @example
26338 f(1, 1, 2, 0),   f(-1, 2, 1, 1),   f(1, 1, 1, 0)
26339 @end example
26341 (The latter two formulas can be entered only if default simplifications
26342 have been turned off with @kbd{m O}.)
26344 The default value for a term of a sum is zero.  The default value
26345 for a part of a product, for a power, or for the denominator of a
26346 quotient, is one.  Also, @samp{-x} matches the pattern @samp{opt(a) b}
26347 with @samp{a = -1}.
26349 In particular, the distributive-law rule can be refined to
26351 @example
26352 opt(a) x + opt(b) x  :=  (a + b) x
26353 @end example
26355 @noindent
26356 so that it will convert, e.g., @samp{a x - x}, to @samp{(a - 1) x}.
26358 The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x} matches almost any formulas which
26359 are linear in @samp{x}.  You can also use the @code{lin} and @code{islin}
26360 functions with rewrite conditions to test for this; @pxref{Logical
26361 Operations}.  These functions are not as convenient to use in rewrite
26362 rules, but they recognize more kinds of formulas as linear:
26363 @samp{x/z} is considered linear with @expr{b = 1/z} by @code{lin},
26364 but it will not match the above pattern because that pattern calls
26365 for a multiplication, not a division.
26367 As another example, the obvious rule to replace @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2}
26368 by 1,
26370 @example
26371 sin(x)^2 + cos(x)^2  :=  1
26372 @end example
26374 @noindent
26375 misses many cases because the sine and cosine may both be multiplied by
26376 an equal factor.  Here's a more successful rule:
26378 @example
26379 opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2  :=  a
26380 @end example
26382 Note that this rule will @emph{not} match @samp{sin(x)^2 + 6 cos(x)^2}
26383 because one @expr{a} would have ``matched'' 1 while the other matched 6.
26385 Calc automatically converts a rule like
26387 @example
26388 f(x-1, x)  :=  g(x)
26389 @end example
26391 @noindent
26392 into the form
26394 @example
26395 f(temp, x)  :=  g(x)  :: temp = x-1
26396 @end example
26398 @noindent
26399 (where @code{temp} stands for a new, invented meta-variable that
26400 doesn't actually have a name).  This modified rule will successfully
26401 match @samp{f(6, 7)}, binding @samp{temp} and @samp{x} to 6 and 7,
26402 respectively, then verifying that they differ by one even though
26403 @samp{6} does not superficially look like @samp{x-1}.
26405 However, Calc does not solve equations to interpret a rule.  The
26406 following rule,
26408 @example
26409 f(x-1, x+1)  :=  g(x)
26410 @end example
26412 @noindent
26413 will not work.  That is, it will match @samp{f(a - 1 + b, a + 1 + b)}
26414 but not @samp{f(6, 8)}.  Calc always interprets at least one occurrence
26415 of a variable by literal matching.  If the variable appears ``isolated''
26416 then Calc is smart enough to use it for literal matching.  But in this
26417 last example, Calc is forced to rewrite the rule to @samp{f(x-1, temp)
26418 := g(x) :: temp = x+1} where the @samp{x-1} term must correspond to an
26419 actual ``something-minus-one'' in the target formula.
26421 A successful way to write this would be @samp{f(x, x+2) := g(x+1)}.
26422 You could make this resemble the original form more closely by using
26423 @code{let} notation, which is described in the next section:
26425 @example
26426 f(xm1, x+1)  :=  g(x)  :: let(x := xm1+1)
26427 @end example
26429 Calc does this rewriting or ``conditionalizing'' for any sub-pattern
26430 which involves only the functions in the following list, operating
26431 only on constants and meta-variables which have already been matched
26432 elsewhere in the pattern.  When matching a function call, Calc is
26433 careful to match arguments which are plain variables before arguments
26434 which are calls to any of the functions below, so that a pattern like
26435 @samp{f(x-1, x)} can be conditionalized even though the isolated
26436 @samp{x} comes after the @samp{x-1}.
26438 @smallexample
26439 + - * / \ % ^  abs sign  round rounde roundu trunc floor ceil
26440 max min  re im conj arg
26441 @end smallexample
26443 You can suppress all of the special treatments described in this
26444 section by surrounding a function call with a @code{plain} marker.
26445 This marker causes the function call which is its argument to be
26446 matched literally, without regard to commutativity, associativity,
26447 negation, or conditionalization.  When you use @code{plain}, the
26448 ``deep structure'' of the formula being matched can show through.
26449 For example,
26451 @example
26452 plain(a - a b)  :=  f(a, b)
26453 @end example
26455 @noindent
26456 will match only literal subtractions.  However, the @code{plain}
26457 marker does not affect its arguments' arguments.  In this case,
26458 commutativity and associativity is still considered while matching
26459 the @w{@samp{a b}} sub-pattern, so the whole pattern will match
26460 @samp{x - y x} as well as @samp{x - x y}.  We could go still
26461 further and use
26463 @example
26464 plain(a - plain(a b))  :=  f(a, b)
26465 @end example
26467 @noindent
26468 which would do a completely strict match for the pattern.
26470 By contrast, the @code{quote} marker means that not only the
26471 function name but also the arguments must be literally the same.
26472 The above pattern will match @samp{x - x y} but
26474 @example
26475 quote(a - a b)  :=  f(a, b)
26476 @end example
26478 @noindent
26479 will match only the single formula @samp{a - a b}.  Also,
26481 @example
26482 quote(a - quote(a b))  :=  f(a, b)
26483 @end example
26485 @noindent
26486 will match only @samp{a - quote(a b)}---probably not the desired
26487 effect!
26489 A certain amount of algebra is also done when substituting the
26490 meta-variables on the righthand side of a rule.  For example,
26491 in the rule
26493 @example
26494 a + f(b)  :=  f(a + b)
26495 @end example
26497 @noindent
26498 matching @samp{f(x) - y} would produce @samp{f((-y) + x)} if
26499 taken literally, but the rewrite mechanism will simplify the
26500 righthand side to @samp{f(x - y)} automatically.  (Of course,
26501 the default simplifications would do this anyway, so this
26502 special simplification is only noticeable if you have turned the
26503 default simplifications off.)  This rewriting is done only when
26504 a meta-variable expands to a ``negative-looking'' expression.
26505 If this simplification is not desirable, you can use a @code{plain}
26506 marker on the righthand side:
26508 @example
26509 a + f(b)  :=  f(plain(a + b))
26510 @end example
26512 @noindent
26513 In this example, we are still allowing the pattern-matcher to
26514 use all the algebra it can muster, but the righthand side will
26515 always simplify to a literal addition like @samp{f((-y) + x)}.
26517 @node Other Features of Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26518 @subsection Other Features of Rewrite Rules
26520 @noindent
26521 Certain ``function names'' serve as markers in rewrite rules.
26522 Here is a complete list of these markers.  First are listed the
26523 markers that work inside a pattern; then come the markers that
26524 work in the righthand side of a rule.
26526 @ignore
26527 @starindex
26528 @end ignore
26529 @tindex import
26530 One kind of marker, @samp{import(x)}, takes the place of a whole
26531 rule.  Here @expr{x} is the name of a variable containing another
26532 rule set; those rules are ``spliced into'' the rule set that
26533 imports them.  For example, if @samp{[f(a+b) := f(a) + f(b),
26534 f(a b) := a f(b) :: real(a)]} is stored in variable @samp{linearF},
26535 then the rule set @samp{[f(0) := 0, import(linearF)]} will apply
26536 all three rules.  It is possible to modify the imported rules
26537 slightly:  @samp{import(x, v1, x1, v2, x2, @dots{})} imports
26538 the rule set @expr{x} with all occurrences of 
26539 @texline @math{v_1},
26540 @infoline @expr{v1}, 
26541 as either a variable name or a function name, replaced with 
26542 @texline @math{x_1}
26543 @infoline @expr{x1} 
26544 and so on.  (If 
26545 @texline @math{v_1}
26546 @infoline @expr{v1} 
26547 is used as a function name, then 
26548 @texline @math{x_1}
26549 @infoline @expr{x1}
26550 must be either a function name itself or a @w{@samp{< >}} nameless
26551 function; @pxref{Specifying Operators}.)  For example, @samp{[g(0) := 0,
26552 import(linearF, f, g)]} applies the linearity rules to the function
26553 @samp{g} instead of @samp{f}.  Imports can be nested, but the
26554 import-with-renaming feature may fail to rename sub-imports properly.
26556 The special functions allowed in patterns are:
26558 @table @samp
26559 @item quote(x)
26560 @ignore
26561 @starindex
26562 @end ignore
26563 @tindex quote
26564 This pattern matches exactly @expr{x}; variable names in @expr{x} are
26565 not interpreted as meta-variables.  The only flexibility is that
26566 numbers are compared for numeric equality, so that the pattern
26567 @samp{f(quote(12))} will match both @samp{f(12)} and @samp{f(12.0)}.
26568 (Numbers are always treated this way by the rewrite mechanism:
26569 The rule @samp{f(x,x) := g(x)} will match @samp{f(12, 12.0)}.
26570 The rewrite may produce either @samp{g(12)} or @samp{g(12.0)}
26571 as a result in this case.)
26573 @item plain(x)
26574 @ignore
26575 @starindex
26576 @end ignore
26577 @tindex plain
26578 Here @expr{x} must be a function call @samp{f(x1,x2,@dots{})}.  This
26579 pattern matches a call to function @expr{f} with the specified
26580 argument patterns.  No special knowledge of the properties of the
26581 function @expr{f} is used in this case; @samp{+} is not commutative or
26582 associative.  Unlike @code{quote}, the arguments @samp{x1,x2,@dots{}}
26583 are treated as patterns.  If you wish them to be treated ``plainly''
26584 as well, you must enclose them with more @code{plain} markers:
26585 @samp{plain(plain(@w{-a}) + plain(b c))}.
26587 @item opt(x,def)
26588 @ignore
26589 @starindex
26590 @end ignore
26591 @tindex opt
26592 Here @expr{x} must be a variable name.  This must appear as an
26593 argument to a function or an element of a vector; it specifies that
26594 the argument or element is optional.
26595 As an argument to @samp{+}, @samp{-}, @samp{*}, @samp{&&}, or @samp{||},
26596 or as the second argument to @samp{/} or @samp{^}, the value @var{def}
26597 may be omitted.  The pattern @samp{x + opt(y)} matches a sum by
26598 binding one summand to @expr{x} and the other to @expr{y}, and it
26599 matches anything else by binding the whole expression to @expr{x} and
26600 zero to @expr{y}.  The other operators above work similarly.
26602 For general miscellaneous functions, the default value @code{def}
26603 must be specified.  Optional arguments are dropped starting with
26604 the rightmost one during matching.  For example, the pattern
26605 @samp{f(opt(a,0), b, opt(c,b))} will match @samp{f(b)}, @samp{f(a,b)},
26606 or @samp{f(a,b,c)}.  Default values of zero and @expr{b} are
26607 supplied in this example for the omitted arguments.  Note that
26608 the literal variable @expr{b} will be the default in the latter
26609 case, @emph{not} the value that matched the meta-variable @expr{b}.
26610 In other words, the default @var{def} is effectively quoted.
26612 @item condition(x,c)
26613 @ignore
26614 @starindex
26615 @end ignore
26616 @tindex condition
26617 @tindex ::
26618 This matches the pattern @expr{x}, with the attached condition
26619 @expr{c}.  It is the same as @samp{x :: c}.
26621 @item pand(x,y)
26622 @ignore
26623 @starindex
26624 @end ignore
26625 @tindex pand
26626 @tindex &&&
26627 This matches anything that matches both pattern @expr{x} and
26628 pattern @expr{y}.  It is the same as @samp{x &&& y}.
26629 @pxref{Composing Patterns in Rewrite Rules}.
26631 @item por(x,y)
26632 @ignore
26633 @starindex
26634 @end ignore
26635 @tindex por
26636 @tindex |||
26637 This matches anything that matches either pattern @expr{x} or
26638 pattern @expr{y}.  It is the same as @w{@samp{x ||| y}}.
26640 @item pnot(x)
26641 @ignore
26642 @starindex
26643 @end ignore
26644 @tindex pnot
26645 @tindex !!!
26646 This matches anything that does not match pattern @expr{x}.
26647 It is the same as @samp{!!! x}.
26649 @item cons(h,t)
26650 @ignore
26651 @mindex cons
26652 @end ignore
26653 @tindex cons (rewrites)
26654 This matches any vector of one or more elements.  The first
26655 element is matched to @expr{h}; a vector of the remaining
26656 elements is matched to @expr{t}.  Note that vectors of fixed
26657 length can also be matched as actual vectors:  The rule
26658 @samp{cons(a,cons(b,[])) := cons(a+b,[])} is equivalent
26659 to the rule @samp{[a,b] := [a+b]}.
26661 @item rcons(t,h)
26662 @ignore
26663 @mindex rcons
26664 @end ignore
26665 @tindex rcons (rewrites)
26666 This is like @code{cons}, except that the @emph{last} element
26667 is matched to @expr{h}, with the remaining elements matched
26668 to @expr{t}.
26670 @item apply(f,args)
26671 @ignore
26672 @mindex apply
26673 @end ignore
26674 @tindex apply (rewrites)
26675 This matches any function call.  The name of the function, in
26676 the form of a variable, is matched to @expr{f}.  The arguments
26677 of the function, as a vector of zero or more objects, are
26678 matched to @samp{args}.  Constants, variables, and vectors
26679 do @emph{not} match an @code{apply} pattern.  For example,
26680 @samp{apply(f,x)} matches any function call, @samp{apply(quote(f),x)}
26681 matches any call to the function @samp{f}, @samp{apply(f,[a,b])}
26682 matches any function call with exactly two arguments, and
26683 @samp{apply(quote(f), cons(a,cons(b,x)))} matches any call
26684 to the function @samp{f} with two or more arguments.  Another
26685 way to implement the latter, if the rest of the rule does not
26686 need to refer to the first two arguments of @samp{f} by name,
26687 would be @samp{apply(quote(f), x :: vlen(x) >= 2)}.
26688 Here's a more interesting sample use of @code{apply}:
26690 @example
26691 apply(f,[x+n])  :=  n + apply(f,[x])
26692    :: in(f, [floor,ceil,round,trunc]) :: integer(n)
26693 @end example
26695 Note, however, that this will be slower to match than a rule
26696 set with four separate rules.  The reason is that Calc sorts
26697 the rules of a rule set according to top-level function name;
26698 if the top-level function is @code{apply}, Calc must try the
26699 rule for every single formula and sub-formula.  If the top-level
26700 function in the pattern is, say, @code{floor}, then Calc invokes
26701 the rule only for sub-formulas which are calls to @code{floor}.
26703 Formulas normally written with operators like @code{+} are still
26704 considered function calls:  @code{apply(f,x)} matches @samp{a+b}
26705 with @samp{f = add}, @samp{x = [a,b]}.
26707 You must use @code{apply} for meta-variables with function names
26708 on both sides of a rewrite rule:  @samp{apply(f, [x]) := f(x+1)}
26709 is @emph{not} correct, because it rewrites @samp{spam(6)} into
26710 @samp{f(7)}.  The righthand side should be @samp{apply(f, [x+1])}.
26711 Also note that you will have to use No-Simplify mode (@kbd{m O})
26712 when entering this rule so that the @code{apply} isn't
26713 evaluated immediately to get the new rule @samp{f(x) := f(x+1)}.
26714 Or, use @kbd{s e} to enter the rule without going through the stack,
26715 or enter the rule as @samp{apply(f, [x]) := apply(f, [x+1]) @w{:: 1}}.
26716 @xref{Conditional Rewrite Rules}.
26718 @item select(x)
26719 @ignore
26720 @starindex
26721 @end ignore
26722 @tindex select
26723 This is used for applying rules to formulas with selections;
26724 @pxref{Selections with Rewrite Rules}.
26725 @end table
26727 Special functions for the righthand sides of rules are:
26729 @table @samp
26730 @item quote(x)
26731 The notation @samp{quote(x)} is changed to @samp{x} when the
26732 righthand side is used.  As far as the rewrite rule is concerned,
26733 @code{quote} is invisible.  However, @code{quote} has the special
26734 property in Calc that its argument is not evaluated.  Thus,
26735 while it will not work to put the rule @samp{t(a) := typeof(a)}
26736 on the stack because @samp{typeof(a)} is evaluated immediately
26737 to produce @samp{t(a) := 100}, you can use @code{quote} to
26738 protect the righthand side:  @samp{t(a) := quote(typeof(a))}.
26739 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for another trick for
26740 protecting rules from evaluation.)
26742 @item plain(x)
26743 Special properties of and simplifications for the function call
26744 @expr{x} are not used.  One interesting case where @code{plain}
26745 is useful is the rule, @samp{q(x) := quote(x)}, trying to expand a
26746 shorthand notation for the @code{quote} function.  This rule will
26747 not work as shown; instead of replacing @samp{q(foo)} with
26748 @samp{quote(foo)}, it will replace it with @samp{foo}!  The correct
26749 rule would be @samp{q(x) := plain(quote(x))}.
26751 @item cons(h,t)
26752 Where @expr{t} is a vector, this is converted into an expanded
26753 vector during rewrite processing.  Note that @code{cons} is a regular
26754 Calc function which normally does this anyway; the only way @code{cons}
26755 is treated specially by rewrites is that @code{cons} on the righthand
26756 side of a rule will be evaluated even if default simplifications
26757 have been turned off.
26759 @item rcons(t,h)
26760 Analogous to @code{cons} except putting @expr{h} at the @emph{end} of
26761 the vector @expr{t}.
26763 @item apply(f,args)
26764 Where @expr{f} is a variable and @var{args} is a vector, this
26765 is converted to a function call.  Once again, note that @code{apply}
26766 is also a regular Calc function.
26768 @item eval(x)
26769 @ignore
26770 @starindex
26771 @end ignore
26772 @tindex eval
26773 The formula @expr{x} is handled in the usual way, then the
26774 default simplifications are applied to it even if they have
26775 been turned off normally.  This allows you to treat any function
26776 similarly to the way @code{cons} and @code{apply} are always
26777 treated.  However, there is a slight difference:  @samp{cons(2+3, [])}
26778 with default simplifications off will be converted to @samp{[2+3]},
26779 whereas @samp{eval(cons(2+3, []))} will be converted to @samp{[5]}.
26781 @item evalsimp(x)
26782 @ignore
26783 @starindex
26784 @end ignore
26785 @tindex evalsimp
26786 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the usual
26787 way, then algebraically simplified as if by the @kbd{a s} command.
26789 @item evalextsimp(x)
26790 @ignore
26791 @starindex
26792 @end ignore
26793 @tindex evalextsimp
26794 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the normal
26795 way, then ``extendedly'' simplified as if by the @kbd{a e} command.
26797 @item select(x)
26798 @xref{Selections with Rewrite Rules}.
26799 @end table
26801 There are also some special functions you can use in conditions.
26803 @table @samp
26804 @item let(v := x)
26805 @ignore
26806 @starindex
26807 @end ignore
26808 @tindex let
26809 The expression @expr{x} is evaluated with meta-variables substituted.
26810 The @kbd{a s} command's simplifications are @emph{not} applied by
26811 default, but @expr{x} can include calls to @code{evalsimp} or
26812 @code{evalextsimp} as described above to invoke higher levels
26813 of simplification.  The
26814 result of @expr{x} is then bound to the meta-variable @expr{v}.  As
26815 usual, if this meta-variable has already been matched to something
26816 else the two values must be equal; if the meta-variable is new then
26817 it is bound to the result of the expression.  This variable can then
26818 appear in later conditions, and on the righthand side of the rule.
26819 In fact, @expr{v} may be any pattern in which case the result of
26820 evaluating @expr{x} is matched to that pattern, binding any
26821 meta-variables that appear in that pattern.  Note that @code{let}
26822 can only appear by itself as a condition, or as one term of an
26823 @samp{&&} which is a whole condition:  It cannot be inside
26824 an @samp{||} term or otherwise buried.
26826 The alternate, equivalent form @samp{let(v, x)} is also recognized.
26827 Note that the use of @samp{:=} by @code{let}, while still being
26828 assignment-like in character, is unrelated to the use of @samp{:=}
26829 in the main part of a rewrite rule.
26831 As an example, @samp{f(a) := g(ia) :: let(ia := 1/a) :: constant(ia)}
26832 replaces @samp{f(a)} with @samp{g} of the inverse of @samp{a}, if
26833 that inverse exists and is constant.  For example, if @samp{a} is a
26834 singular matrix the operation @samp{1/a} is left unsimplified and
26835 @samp{constant(ia)} fails, but if @samp{a} is an invertible matrix
26836 then the rule succeeds.  Without @code{let} there would be no way
26837 to express this rule that didn't have to invert the matrix twice.
26838 Note that, because the meta-variable @samp{ia} is otherwise unbound
26839 in this rule, the @code{let} condition itself always ``succeeds''
26840 because no matter what @samp{1/a} evaluates to, it can successfully
26841 be bound to @code{ia}.
26843 Here's another example, for integrating cosines of linear
26844 terms:  @samp{myint(cos(y),x) := sin(y)/b :: let([a,b,x] := lin(y,x))}.
26845 The @code{lin} function returns a 3-vector if its argument is linear,
26846 or leaves itself unevaluated if not.  But an unevaluated @code{lin}
26847 call will not match the 3-vector on the lefthand side of the @code{let},
26848 so this @code{let} both verifies that @code{y} is linear, and binds
26849 the coefficients @code{a} and @code{b} for use elsewhere in the rule.
26850 (It would have been possible to use @samp{sin(a x + b)/b} for the
26851 righthand side instead, but using @samp{sin(y)/b} avoids gratuitous
26852 rearrangement of the argument of the sine.)
26854 @ignore
26855 @starindex
26856 @end ignore
26857 @tindex ierf
26858 Similarly, here is a rule that implements an inverse-@code{erf}
26859 function.  It uses @code{root} to search for a solution.  If
26860 @code{root} succeeds, it will return a vector of two numbers
26861 where the first number is the desired solution.  If no solution
26862 is found, @code{root} remains in symbolic form.  So we use
26863 @code{let} to check that the result was indeed a vector.
26865 @example
26866 ierf(x)  :=  y  :: let([y,z] := root(erf(a) = x, a, .5))
26867 @end example
26869 @item matches(v,p)
26870 The meta-variable @var{v}, which must already have been matched
26871 to something elsewhere in the rule, is compared against pattern
26872 @var{p}.  Since @code{matches} is a standard Calc function, it
26873 can appear anywhere in a condition.  But if it appears alone or
26874 as a term of a top-level @samp{&&}, then you get the special
26875 extra feature that meta-variables which are bound to things
26876 inside @var{p} can be used elsewhere in the surrounding rewrite
26877 rule.
26879 The only real difference between @samp{let(p := v)} and
26880 @samp{matches(v, p)} is that the former evaluates @samp{v} using
26881 the default simplifications, while the latter does not.
26883 @item remember
26884 @vindex remember
26885 This is actually a variable, not a function.  If @code{remember}
26886 appears as a condition in a rule, then when that rule succeeds
26887 the original expression and rewritten expression are added to the
26888 front of the rule set that contained the rule.  If the rule set
26889 was not stored in a variable, @code{remember} is ignored.  The
26890 lefthand side is enclosed in @code{quote} in the added rule if it
26891 contains any variables.
26893 For example, the rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: remember} applied
26894 to @samp{f(7)} will add the rule @samp{f(7) := 7 f(6)} to the front
26895 of the rule set.  The rule set @code{EvalRules} works slightly
26896 differently:  There, the evaluation of @samp{f(6)} will complete before
26897 the result is added to the rule set, in this case as @samp{f(7) := 5040}.
26898 Thus @code{remember} is most useful inside @code{EvalRules}.
26900 It is up to you to ensure that the optimization performed by
26901 @code{remember} is safe.  For example, the rule @samp{foo(n) := n
26902 :: evalv(eatfoo) > 0 :: remember} is a bad idea (@code{evalv} is
26903 the function equivalent of the @kbd{=} command); if the variable
26904 @code{eatfoo} ever contains 1, rules like @samp{foo(7) := 7} will
26905 be added to the rule set and will continue to operate even if
26906 @code{eatfoo} is later changed to 0.
26908 @item remember(c)
26909 @ignore
26910 @starindex
26911 @end ignore
26912 @tindex remember
26913 Remember the match as described above, but only if condition @expr{c}
26914 is true.  For example, @samp{remember(n % 4 = 0)} in the above factorial
26915 rule remembers only every fourth result.  Note that @samp{remember(1)}
26916 is equivalent to @samp{remember}, and @samp{remember(0)} has no effect.
26917 @end table
26919 @node Composing Patterns in Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26920 @subsection Composing Patterns in Rewrite Rules
26922 @noindent
26923 There are three operators, @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!},
26924 that combine rewrite patterns to make larger patterns.  The
26925 combinations are ``and,'' ``or,'' and ``not,'' respectively, and
26926 these operators are the pattern equivalents of @samp{&&}, @samp{||}
26927 and @samp{!} (which operate on zero-or-nonzero logical values).
26929 Note that @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!} are left in symbolic
26930 form by all regular Calc features; they have special meaning only in
26931 the context of rewrite rule patterns.
26933 The pattern @samp{@var{p1} &&& @var{p2}} matches anything that
26934 matches both @var{p1} and @var{p2}.  One especially useful case is
26935 when one of @var{p1} or @var{p2} is a meta-variable.  For example,
26936 here is a rule that operates on error forms:
26938 @example
26939 f(x &&& a +/- b, x)  :=  g(x)
26940 @end example
26942 This does the same thing, but is arguably simpler than, the rule
26944 @example
26945 f(a +/- b, a +/- b)  :=  g(a +/- b)
26946 @end example
26948 @ignore
26949 @starindex
26950 @end ignore
26951 @tindex ends
26952 Here's another interesting example:
26954 @example
26955 ends(cons(a, x) &&& rcons(y, b))  :=  [a, b]
26956 @end example
26958 @noindent
26959 which effectively clips out the middle of a vector leaving just
26960 the first and last elements.  This rule will change a one-element
26961 vector @samp{[a]} to @samp{[a, a]}.  The similar rule
26963 @example
26964 ends(cons(a, rcons(y, b)))  :=  [a, b]
26965 @end example
26967 @noindent
26968 would do the same thing except that it would fail to match a
26969 one-element vector.
26971 @tex
26972 \bigskip
26973 @end tex
26975 The pattern @samp{@var{p1} ||| @var{p2}} matches anything that
26976 matches either @var{p1} or @var{p2}.  Calc first tries matching
26977 against @var{p1}; if that fails, it goes on to try @var{p2}.
26979 @ignore
26980 @starindex
26981 @end ignore
26982 @tindex curve
26983 A simple example of @samp{|||} is
26985 @example
26986 curve(inf ||| -inf)  :=  0
26987 @end example
26989 @noindent
26990 which converts both @samp{curve(inf)} and @samp{curve(-inf)} to zero.
26992 Here is a larger example:
26994 @example
26995 log(a, b) ||| (ln(a) :: let(b := e))  :=  mylog(a, b)
26996 @end example
26998 This matches both generalized and natural logarithms in a single rule.
26999 Note that the @samp{::} term must be enclosed in parentheses because
27000 that operator has lower precedence than @samp{|||} or @samp{:=}.
27002 (In practice this rule would probably include a third alternative,
27003 omitted here for brevity, to take care of @code{log10}.)
27005 While Calc generally treats interior conditions exactly the same as
27006 conditions on the outside of a rule, it does guarantee that if all the
27007 variables in the condition are special names like @code{e}, or already
27008 bound in the pattern to which the condition is attached (say, if
27009 @samp{a} had appeared in this condition), then Calc will process this
27010 condition right after matching the pattern to the left of the @samp{::}.
27011 Thus, we know that @samp{b} will be bound to @samp{e} only if the
27012 @code{ln} branch of the @samp{|||} was taken.
27014 Note that this rule was careful to bind the same set of meta-variables
27015 on both sides of the @samp{|||}.  Calc does not check this, but if
27016 you bind a certain meta-variable only in one branch and then use that
27017 meta-variable elsewhere in the rule, results are unpredictable:
27019 @example
27020 f(a,b) ||| g(b)  :=  h(a,b)
27021 @end example
27023 Here if the pattern matches @samp{g(17)}, Calc makes no promises about
27024 the value that will be substituted for @samp{a} on the righthand side.
27026 @tex
27027 \bigskip
27028 @end tex
27030 The pattern @samp{!!! @var{pat}} matches anything that does not
27031 match @var{pat}.  Any meta-variables that are bound while matching
27032 @var{pat} remain unbound outside of @var{pat}.
27034 For example,
27036 @example
27037 f(x &&& !!! a +/- b, !!![])  :=  g(x)
27038 @end example
27040 @noindent
27041 converts @code{f} whose first argument is anything @emph{except} an
27042 error form, and whose second argument is not the empty vector, into
27043 a similar call to @code{g} (but without the second argument).
27045 If we know that the second argument will be a vector (empty or not),
27046 then an equivalent rule would be:
27048 @example
27049 f(x, y)  :=  g(x)  :: typeof(x) != 7 :: vlen(y) > 0
27050 @end example
27052 @noindent
27053 where of course 7 is the @code{typeof} code for error forms.
27054 Another final condition, that works for any kind of @samp{y},
27055 would be @samp{!istrue(y == [])}.  (The @code{istrue} function
27056 returns an explicit 0 if its argument was left in symbolic form;
27057 plain @samp{!(y == [])} or @samp{y != []} would not work to replace
27058 @samp{!!![]} since these would be left unsimplified, and thus cause
27059 the rule to fail, if @samp{y} was something like a variable name.)
27061 It is possible for a @samp{!!!} to refer to meta-variables bound
27062 elsewhere in the pattern.  For example,
27064 @example
27065 f(a, !!!a)  :=  g(a)
27066 @end example
27068 @noindent
27069 matches any call to @code{f} with different arguments, changing
27070 this to @code{g} with only the first argument.
27072 If a function call is to be matched and one of the argument patterns
27073 contains a @samp{!!!} somewhere inside it, that argument will be
27074 matched last.  Thus
27076 @example
27077 f(!!!a, a)  :=  g(a)
27078 @end example
27080 @noindent
27081 will be careful to bind @samp{a} to the second argument of @code{f}
27082 before testing the first argument.  If Calc had tried to match the
27083 first argument of @code{f} first, the results would have been
27084 disastrous: since @code{a} was unbound so far, the pattern @samp{a}
27085 would have matched anything at all, and the pattern @samp{!!!a}
27086 therefore would @emph{not} have matched anything at all!
27088 @node Nested Formulas with Rewrite Rules, Multi-Phase Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Rewrite Rules
27089 @subsection Nested Formulas with Rewrite Rules
27091 @noindent
27092 When @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) is used, it takes an expression from
27093 the top of the stack and attempts to match any of the specified rules
27094 to any part of the expression, starting with the whole expression
27095 and then, if that fails, trying deeper and deeper sub-expressions.
27096 For each part of the expression, the rules are tried in the order
27097 they appear in the rules vector.  The first rule to match the first
27098 sub-expression wins; it replaces the matched sub-expression according
27099 to the @var{new} part of the rule.
27101 Often, the rule set will match and change the formula several times.
27102 The top-level formula is first matched and substituted repeatedly until
27103 it no longer matches the pattern; then, sub-formulas are tried, and
27104 so on.  Once every part of the formula has gotten its chance, the
27105 rewrite mechanism starts over again with the top-level formula
27106 (in case a substitution of one of its arguments has caused it again
27107 to match).  This continues until no further matches can be made
27108 anywhere in the formula.
27110 It is possible for a rule set to get into an infinite loop.  The
27111 most obvious case, replacing a formula with itself, is not a problem
27112 because a rule is not considered to ``succeed'' unless the righthand
27113 side actually comes out to something different than the original
27114 formula or sub-formula that was matched.  But if you accidentally
27115 had both @samp{ln(a b) := ln(a) + ln(b)} and the reverse
27116 @samp{ln(a) + ln(b) := ln(a b)} in your rule set, Calc would
27117 run forever switching a formula back and forth between the two
27118 forms.
27120 To avoid disaster, Calc normally stops after 100 changes have been
27121 made to the formula.  This will be enough for most multiple rewrites,
27122 but it will keep an endless loop of rewrites from locking up the
27123 computer forever.  (On most systems, you can also type @kbd{C-g} to
27124 halt any Emacs command prematurely.)
27126 To change this limit, give a positive numeric prefix argument.
27127 In particular, @kbd{M-1 a r} applies only one rewrite at a time,
27128 useful when you are first testing your rule (or just if repeated
27129 rewriting is not what is called for by your application).
27131 @ignore
27132 @starindex
27133 @end ignore
27134 @ignore
27135 @mindex iter@idots
27136 @end ignore
27137 @tindex iterations
27138 You can also put a ``function call'' @samp{iterations(@var{n})}
27139 in place of a rule anywhere in your rules vector (but usually at
27140 the top).  Then, @var{n} will be used instead of 100 as the default
27141 number of iterations for this rule set.  You can use
27142 @samp{iterations(inf)} if you want no iteration limit by default.
27143 A prefix argument will override the @code{iterations} limit in the
27144 rule set.
27146 @example
27147 [ iterations(1),
27148   f(x) := f(x+1) ]
27149 @end example
27151 More precisely, the limit controls the number of ``iterations,''
27152 where each iteration is a successful matching of a rule pattern whose
27153 righthand side, after substituting meta-variables and applying the
27154 default simplifications, is different from the original sub-formula
27155 that was matched.
27157 A prefix argument of zero sets the limit to infinity.  Use with caution!
27159 Given a negative numeric prefix argument, @kbd{a r} will match and
27160 substitute the top-level expression up to that many times, but
27161 will not attempt to match the rules to any sub-expressions.
27163 In a formula, @code{rewrite(@var{expr}, @var{rules}, @var{n})}
27164 does a rewriting operation.  Here @var{expr} is the expression
27165 being rewritten, @var{rules} is the rule, vector of rules, or
27166 variable containing the rules, and @var{n} is the optional
27167 iteration limit, which may be a positive integer, a negative
27168 integer, or @samp{inf} or @samp{-inf}.  If @var{n} is omitted
27169 the @code{iterations} value from the rule set is used; if both
27170 are omitted, 100 is used.
27172 @node Multi-Phase Rewrite Rules, Selections with Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Rewrite Rules
27173 @subsection Multi-Phase Rewrite Rules
27175 @noindent
27176 It is possible to separate a rewrite rule set into several @dfn{phases}.
27177 During each phase, certain rules will be enabled while certain others
27178 will be disabled.  A @dfn{phase schedule} controls the order in which
27179 phases occur during the rewriting process.
27181 @ignore
27182 @starindex
27183 @end ignore
27184 @tindex phase
27185 @vindex all
27186 If a call to the marker function @code{phase} appears in the rules
27187 vector in place of a rule, all rules following that point will be
27188 members of the phase(s) identified in the arguments to @code{phase}.
27189 Phases are given integer numbers.  The markers @samp{phase()} and
27190 @samp{phase(all)} both mean the following rules belong to all phases;
27191 this is the default at the start of the rule set.
27193 If you do not explicitly schedule the phases, Calc sorts all phase
27194 numbers that appear in the rule set and executes the phases in
27195 ascending order.  For example, the rule set
27197 @example
27198 @group
27199 [ f0(x) := g0(x),
27200   phase(1),
27201   f1(x) := g1(x),
27202   phase(2),
27203   f2(x) := g2(x),
27204   phase(3),
27205   f3(x) := g3(x),
27206   phase(1,2),
27207   f4(x) := g4(x) ]
27208 @end group
27209 @end example
27211 @noindent
27212 has three phases, 1 through 3.  Phase 1 consists of the @code{f0},
27213 @code{f1}, and @code{f4} rules (in that order).  Phase 2 consists of
27214 @code{f0}, @code{f2}, and @code{f4}.  Phase 3 consists of @code{f0}
27215 and @code{f3}.
27217 When Calc rewrites a formula using this rule set, it first rewrites
27218 the formula using only the phase 1 rules until no further changes are
27219 possible.  Then it switches to the phase 2 rule set and continues
27220 until no further changes occur, then finally rewrites with phase 3.
27221 When no more phase 3 rules apply, rewriting finishes.  (This is
27222 assuming @kbd{a r} with a large enough prefix argument to allow the
27223 rewriting to run to completion; the sequence just described stops
27224 early if the number of iterations specified in the prefix argument,
27225 100 by default, is reached.)
27227 During each phase, Calc descends through the nested levels of the
27228 formula as described previously.  (@xref{Nested Formulas with Rewrite
27229 Rules}.)  Rewriting starts at the top of the formula, then works its
27230 way down to the parts, then goes back to the top and works down again.
27231 The phase 2 rules do not begin until no phase 1 rules apply anywhere
27232 in the formula.
27234 @ignore
27235 @starindex
27236 @end ignore
27237 @tindex schedule
27238 A @code{schedule} marker appearing in the rule set (anywhere, but
27239 conventionally at the top) changes the default schedule of phases.
27240 In the simplest case, @code{schedule} has a sequence of phase numbers
27241 for arguments; each phase number is invoked in turn until the
27242 arguments to @code{schedule} are exhausted.  Thus adding
27243 @samp{schedule(3,2,1)} at the top of the above rule set would
27244 reverse the order of the phases; @samp{schedule(1,2,3)} would have
27245 no effect since this is the default schedule; and @samp{schedule(1,2,1,3)}
27246 would give phase 1 a second chance after phase 2 has completed, before
27247 moving on to phase 3.
27249 Any argument to @code{schedule} can instead be a vector of phase
27250 numbers (or even of sub-vectors).  Then the sub-sequence of phases
27251 described by the vector are tried repeatedly until no change occurs
27252 in any phase in the sequence.  For example, @samp{schedule([1, 2], 3)}
27253 tries phase 1, then phase 2, then, if either phase made any changes
27254 to the formula, repeats these two phases until they can make no
27255 further progress.  Finally, it goes on to phase 3 for finishing
27256 touches.
27258 Also, items in @code{schedule} can be variable names as well as
27259 numbers.  A variable name is interpreted as the name of a function
27260 to call on the whole formula.  For example, @samp{schedule(1, simplify)}
27261 says to apply the phase-1 rules (presumably, all of them), then to
27262 call @code{simplify} which is the function name equivalent of @kbd{a s}.
27263 Likewise, @samp{schedule([1, simplify])} says to alternate between
27264 phase 1 and @kbd{a s} until no further changes occur.
27266 Phases can be used purely to improve efficiency; if it is known that
27267 a certain group of rules will apply only at the beginning of rewriting,
27268 and a certain other group will apply only at the end, then rewriting
27269 will be faster if these groups are identified as separate phases.
27270 Once the phase 1 rules are done, Calc can put them aside and no longer
27271 spend any time on them while it works on phase 2.
27273 There are also some problems that can only be solved with several
27274 rewrite phases.  For a real-world example of a multi-phase rule set,
27275 examine the set @code{FitRules}, which is used by the curve-fitting
27276 command to convert a model expression to linear form.
27277 @xref{Curve Fitting Details}.  This set is divided into four phases.
27278 The first phase rewrites certain kinds of expressions to be more
27279 easily linearizable, but less computationally efficient.  After the
27280 linear components have been picked out, the final phase includes the
27281 opposite rewrites to put each component back into an efficient form.
27282 If both sets of rules were included in one big phase, Calc could get
27283 into an infinite loop going back and forth between the two forms.
27285 Elsewhere in @code{FitRules}, the components are first isolated,
27286 then recombined where possible to reduce the complexity of the linear
27287 fit, then finally packaged one component at a time into vectors.
27288 If the packaging rules were allowed to begin before the recombining
27289 rules were finished, some components might be put away into vectors
27290 before they had a chance to recombine.  By putting these rules in
27291 two separate phases, this problem is neatly avoided.
27293 @node Selections with Rewrite Rules, Matching Commands, Multi-Phase Rewrite Rules, Rewrite Rules
27294 @subsection Selections with Rewrite Rules
27296 @noindent
27297 If a sub-formula of the current formula is selected (as by @kbd{j s};
27298 @pxref{Selecting Subformulas}), the @kbd{a r} (@code{calc-rewrite})
27299 command applies only to that sub-formula.  Together with a negative
27300 prefix argument, you can use this fact to apply a rewrite to one
27301 specific part of a formula without affecting any other parts.
27303 @kindex j r
27304 @pindex calc-rewrite-selection
27305 The @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command allows more
27306 sophisticated operations on selections.  This command prompts for
27307 the rules in the same way as @kbd{a r}, but it then applies those
27308 rules to the whole formula in question even though a sub-formula
27309 of it has been selected.  However, the selected sub-formula will
27310 first have been surrounded by a @samp{select( )} function call.
27311 (Calc's evaluator does not understand the function name @code{select};
27312 this is only a tag used by the @kbd{j r} command.)
27314 For example, suppose the formula on the stack is @samp{2 (a + b)^2}
27315 and the sub-formula @samp{a + b} is selected.  This formula will
27316 be rewritten to @samp{2 select(a + b)^2} and then the rewrite
27317 rules will be applied in the usual way.  The rewrite rules can
27318 include references to @code{select} to tell where in the pattern
27319 the selected sub-formula should appear.
27321 If there is still exactly one @samp{select( )} function call in
27322 the formula after rewriting is done, it indicates which part of
27323 the formula should be selected afterwards.  Otherwise, the
27324 formula will be unselected.
27326 You can make @kbd{j r} act much like @kbd{a r} by enclosing both parts
27327 of the rewrite rule with @samp{select()}.  However, @kbd{j r}
27328 allows you to use the current selection in more flexible ways.
27329 Suppose you wished to make a rule which removed the exponent from
27330 the selected term; the rule @samp{select(a)^x := select(a)} would
27331 work.  In the above example, it would rewrite @samp{2 select(a + b)^2}
27332 to @samp{2 select(a + b)}.  This would then be returned to the
27333 stack as @samp{2 (a + b)} with the @samp{a + b} selected.
27335 The @kbd{j r} command uses one iteration by default, unlike
27336 @kbd{a r} which defaults to 100 iterations.  A numeric prefix
27337 argument affects @kbd{j r} in the same way as @kbd{a r}.
27338 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.
27340 As with other selection commands, @kbd{j r} operates on the stack
27341 entry that contains the cursor.  (If the cursor is on the top-of-stack
27342 @samp{.} marker, it works as if the cursor were on the formula
27343 at stack level 1.)
27345 If you don't specify a set of rules, the rules are taken from the
27346 top of the stack, just as with @kbd{a r}.  In this case, the
27347 cursor must indicate stack entry 2 or above as the formula to be
27348 rewritten (otherwise the same formula would be used as both the
27349 target and the rewrite rules).
27351 If the indicated formula has no selection, the cursor position within
27352 the formula temporarily selects a sub-formula for the purposes of this
27353 command.  If the cursor is not on any sub-formula (e.g., it is in
27354 the line-number area to the left of the formula), the @samp{select( )}
27355 markers are ignored by the rewrite mechanism and the rules are allowed
27356 to apply anywhere in the formula.
27358 As a special feature, the normal @kbd{a r} command also ignores
27359 @samp{select( )} calls in rewrite rules.  For example, if you used the
27360 above rule @samp{select(a)^x := select(a)} with @kbd{a r}, it would apply
27361 the rule as if it were @samp{a^x := a}.  Thus, you can write general
27362 purpose rules with @samp{select( )} hints inside them so that they
27363 will ``do the right thing'' in both @kbd{a r} and @kbd{j r},
27364 both with and without selections.
27366 @node Matching Commands, Automatic Rewrites, Selections with Rewrite Rules, Rewrite Rules
27367 @subsection Matching Commands
27369 @noindent
27370 @kindex a m
27371 @pindex calc-match
27372 @tindex match
27373 The @kbd{a m} (@code{calc-match}) [@code{match}] function takes a
27374 vector of formulas and a rewrite-rule-style pattern, and produces
27375 a vector of all formulas which match the pattern.  The command
27376 prompts you to enter the pattern; as for @kbd{a r}, you can enter
27377 a single pattern (i.e., a formula with meta-variables), or a
27378 vector of patterns, or a variable which contains patterns, or
27379 you can give a blank response in which case the patterns are taken
27380 from the top of the stack.  The pattern set will be compiled once
27381 and saved if it is stored in a variable.  If there are several
27382 patterns in the set, vector elements are kept if they match any
27383 of the patterns.
27385 For example, @samp{match(a+b, [x, x+y, x-y, 7, x+y+z])}
27386 will return @samp{[x+y, x-y, x+y+z]}.
27388 The @code{import} mechanism is not available for pattern sets.
27390 The @kbd{a m} command can also be used to extract all vector elements
27391 which satisfy any condition:  The pattern @samp{x :: x>0} will select
27392 all the positive vector elements.
27394 @kindex I a m
27395 @tindex matchnot
27396 With the Inverse flag [@code{matchnot}], this command extracts all
27397 vector elements which do @emph{not} match the given pattern.
27399 @ignore
27400 @starindex
27401 @end ignore
27402 @tindex matches
27403 There is also a function @samp{matches(@var{x}, @var{p})} which
27404 evaluates to 1 if expression @var{x} matches pattern @var{p}, or
27405 to 0 otherwise.  This is sometimes useful for including into the
27406 conditional clauses of other rewrite rules.
27408 @ignore
27409 @starindex
27410 @end ignore
27411 @tindex vmatches
27412 The function @code{vmatches} is just like @code{matches}, except
27413 that if the match succeeds it returns a vector of assignments to
27414 the meta-variables instead of the number 1.  For example,
27415 @samp{vmatches(f(1,2), f(a,b))} returns @samp{[a := 1, b := 2]}.
27416 If the match fails, the function returns the number 0.
27418 @node Automatic Rewrites, Debugging Rewrites, Matching Commands, Rewrite Rules
27419 @subsection Automatic Rewrites
27421 @noindent
27422 @cindex @code{EvalRules} variable
27423 @vindex EvalRules
27424 It is possible to get Calc to apply a set of rewrite rules on all
27425 results, effectively adding to the built-in set of default
27426 simplifications.  To do this, simply store your rule set in the
27427 variable @code{EvalRules}.  There is a convenient @kbd{s E} command
27428 for editing @code{EvalRules}; @pxref{Operations on Variables}.
27430 For example, suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out
27431 to @samp{sin(b) cos(a) + cos(b) sin(a)} wherever it appears, and
27432 similarly for @samp{cos(a + b)}.  The corresponding rewrite rule
27433 set would be,
27435 @smallexample
27436 @group
27437 [ sin(a + b)  :=  cos(a) sin(b) + sin(a) cos(b),
27438   cos(a + b)  :=  cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b) ]
27439 @end group
27440 @end smallexample
27442 To apply these manually, you could put them in a variable called
27443 @code{trigexp} and then use @kbd{a r trigexp} every time you wanted
27444 to expand trig functions.  But if instead you store them in the
27445 variable @code{EvalRules}, they will automatically be applied to all
27446 sines and cosines of sums.  Then, with @samp{2 x} and @samp{45} on
27447 the stack, typing @kbd{+ S} will (assuming Degrees mode) result in
27448 @samp{0.7071 sin(2 x) + 0.7071 cos(2 x)} automatically.
27450 As each level of a formula is evaluated, the rules from
27451 @code{EvalRules} are applied before the default simplifications.
27452 Rewriting continues until no further @code{EvalRules} apply.
27453 Note that this is different from the usual order of application of
27454 rewrite rules:  @code{EvalRules} works from the bottom up, simplifying
27455 the arguments to a function before the function itself, while @kbd{a r}
27456 applies rules from the top down.
27458 Because the @code{EvalRules} are tried first, you can use them to
27459 override the normal behavior of any built-in Calc function.
27461 It is important not to write a rule that will get into an infinite
27462 loop.  For example, the rule set @samp{[f(0) := 1, f(n) := n f(n-1)]}
27463 appears to be a good definition of a factorial function, but it is
27464 unsafe.  Imagine what happens if @samp{f(2.5)} is simplified.  Calc
27465 will continue to subtract 1 from this argument forever without reaching
27466 zero.  A safer second rule would be @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0}.
27467 Another dangerous rule is @samp{g(x, y) := g(y, x)}.  Rewriting
27468 @samp{g(2, 4)}, this would bounce back and forth between that and
27469 @samp{g(4, 2)} forever.  If an infinite loop in @code{EvalRules}
27470 occurs, Emacs will eventually stop with a ``Computation got stuck
27471 or ran too long'' message.
27473 Another subtle difference between @code{EvalRules} and regular rewrites
27474 concerns rules that rewrite a formula into an identical formula.  For
27475 example, @samp{f(n) := f(floor(n))} ``fails to match'' when @expr{n} is
27476 already an integer.  But in @code{EvalRules} this case is detected only
27477 if the righthand side literally becomes the original formula before any
27478 further simplification.  This means that @samp{f(n) := f(floor(n))} will
27479 get into an infinite loop if it occurs in @code{EvalRules}.  Calc will
27480 replace @samp{f(6)} with @samp{f(floor(6))}, which is different from
27481 @samp{f(6)}, so it will consider the rule to have matched and will
27482 continue simplifying that formula; first the argument is simplified
27483 to get @samp{f(6)}, then the rule matches again to get @samp{f(floor(6))}
27484 again, ad infinitum.  A much safer rule would check its argument first,
27485 say, with @samp{f(n) := f(floor(n)) :: !dint(n)}.
27487 (What really happens is that the rewrite mechanism substitutes the
27488 meta-variables in the righthand side of a rule, compares to see if the
27489 result is the same as the original formula and fails if so, then uses
27490 the default simplifications to simplify the result and compares again
27491 (and again fails if the formula has simplified back to its original
27492 form).  The only special wrinkle for the @code{EvalRules} is that the
27493 same rules will come back into play when the default simplifications
27494 are used.  What Calc wants to do is build @samp{f(floor(6))}, see that
27495 this is different from the original formula, simplify to @samp{f(6)},
27496 see that this is the same as the original formula, and thus halt the
27497 rewriting.  But while simplifying, @samp{f(6)} will again trigger
27498 the same @code{EvalRules} rule and Calc will get into a loop inside
27499 the rewrite mechanism itself.)
27501 The @code{phase}, @code{schedule}, and @code{iterations} markers do
27502 not work in @code{EvalRules}.  If the rule set is divided into phases,
27503 only the phase 1 rules are applied, and the schedule is ignored.
27504 The rules are always repeated as many times as possible.
27506 The @code{EvalRules} are applied to all function calls in a formula,
27507 but not to numbers (and other number-like objects like error forms),
27508 nor to vectors or individual variable names.  (Though they will apply
27509 to @emph{components} of vectors and error forms when appropriate.)  You
27510 might try to make a variable @code{phihat} which automatically expands
27511 to its definition without the need to press @kbd{=} by writing the
27512 rule @samp{quote(phihat) := (1-sqrt(5))/2}, but unfortunately this rule
27513 will not work as part of @code{EvalRules}.
27515 Finally, another limitation is that Calc sometimes calls its built-in
27516 functions directly rather than going through the default simplifications.
27517 When it does this, @code{EvalRules} will not be able to override those
27518 functions.  For example, when you take the absolute value of the complex
27519 number @expr{(2, 3)}, Calc computes @samp{sqrt(2*2 + 3*3)} by calling
27520 the multiplication, addition, and square root functions directly rather
27521 than applying the default simplifications to this formula.  So an
27522 @code{EvalRules} rule that (perversely) rewrites @samp{sqrt(13) := 6}
27523 would not apply.  (However, if you put Calc into Symbolic mode so that
27524 @samp{sqrt(13)} will be left in symbolic form by the built-in square
27525 root function, your rule will be able to apply.  But if the complex
27526 number were @expr{(3,4)}, so that @samp{sqrt(25)} must be calculated,
27527 then Symbolic mode will not help because @samp{sqrt(25)} can be
27528 evaluated exactly to 5.)
27530 One subtle restriction that normally only manifests itself with
27531 @code{EvalRules} is that while a given rewrite rule is in the process
27532 of being checked, that same rule cannot be recursively applied.  Calc
27533 effectively removes the rule from its rule set while checking the rule,
27534 then puts it back once the match succeeds or fails.  (The technical
27535 reason for this is that compiled pattern programs are not reentrant.)
27536 For example, consider the rule @samp{foo(x) := x :: foo(x/2) > 0}
27537 attempting to match @samp{foo(8)}.  This rule will be inactive while
27538 the condition @samp{foo(4) > 0} is checked, even though it might be
27539 an integral part of evaluating that condition.  Note that this is not
27540 a problem for the more usual recursive type of rule, such as
27541 @samp{foo(x) := foo(x/2)}, because there the rule has succeeded and
27542 been reactivated by the time the righthand side is evaluated.
27544 If @code{EvalRules} has no stored value (its default state), or if
27545 anything but a vector is stored in it, then it is ignored.
27547 Even though Calc's rewrite mechanism is designed to compare rewrite
27548 rules to formulas as quickly as possible, storing rules in
27549 @code{EvalRules} may make Calc run substantially slower.  This is
27550 particularly true of rules where the top-level call is a commonly used
27551 function, or is not fixed.  The rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0} will
27552 only activate the rewrite mechanism for calls to the function @code{f},
27553 but @samp{lg(n) + lg(m) := lg(n m)} will check every @samp{+} operator.
27555 @smallexample
27556 apply(f, [a*b]) := apply(f, [a]) + apply(f, [b]) :: in(f, [ln, log10])
27557 @end smallexample
27559 @noindent
27560 may seem more ``efficient'' than two separate rules for @code{ln} and
27561 @code{log10}, but actually it is vastly less efficient because rules
27562 with @code{apply} as the top-level pattern must be tested against
27563 @emph{every} function call that is simplified.
27565 @cindex @code{AlgSimpRules} variable
27566 @vindex AlgSimpRules
27567 Suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out not all the time,
27568 but only when @kbd{a s} is used to simplify the formula.  The variable
27569 @code{AlgSimpRules} holds rules for this purpose.  The @kbd{a s} command
27570 will apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules} to the formula, as
27571 well as all of its built-in simplifications.
27573 Most of the special limitations for @code{EvalRules} don't apply to
27574 @code{AlgSimpRules}.  Calc simply does an @kbd{a r AlgSimpRules}
27575 command with an infinite repeat count as the first step of @kbd{a s}.
27576 It then applies its own built-in simplifications throughout the
27577 formula, and then repeats these two steps (along with applying the
27578 default simplifications) until no further changes are possible.
27580 @cindex @code{ExtSimpRules} variable
27581 @cindex @code{UnitSimpRules} variable
27582 @vindex ExtSimpRules
27583 @vindex UnitSimpRules
27584 There are also @code{ExtSimpRules} and @code{UnitSimpRules} variables
27585 that are used by @kbd{a e} and @kbd{u s}, respectively; these commands
27586 also apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  The variable
27587 @code{IntegSimpRules} contains simplification rules that are used
27588 only during integration by @kbd{a i}.
27590 @node Debugging Rewrites, Examples of Rewrite Rules, Automatic Rewrites, Rewrite Rules
27591 @subsection Debugging Rewrites
27593 @noindent
27594 If a buffer named @samp{*Trace*} exists, the rewrite mechanism will
27595 record some useful information there as it operates.  The original
27596 formula is written there, as is the result of each successful rewrite,
27597 and the final result of the rewriting.  All phase changes are also
27598 noted.
27600 Calc always appends to @samp{*Trace*}.  You must empty this buffer
27601 yourself periodically if it is in danger of growing unwieldy.
27603 Note that the rewriting mechanism is substantially slower when the
27604 @samp{*Trace*} buffer exists, even if the buffer is not visible on
27605 the screen.  Once you are done, you will probably want to kill this
27606 buffer (with @kbd{C-x k *Trace* @key{RET}}).  If you leave it in
27607 existence and forget about it, all your future rewrite commands will
27608 be needlessly slow.
27610 @node Examples of Rewrite Rules, , Debugging Rewrites, Rewrite Rules
27611 @subsection Examples of Rewrite Rules
27613 @noindent
27614 Returning to the example of substituting the pattern
27615 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2} with 1, we saw that the rule
27616 @samp{opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2 := a} does a good job of
27617 finding suitable cases.  Another solution would be to use the rule
27618 @samp{cos(x)^2 := 1 - sin(x)^2}, followed by algebraic simplification
27619 if necessary.  This rule will be the most effective way to do the job,
27620 but at the expense of making some changes that you might not desire.
27622 Another algebraic rewrite rule is @samp{exp(x+y) := exp(x) exp(y)}.
27623 To make this work with the @w{@kbd{j r}} command so that it can be
27624 easily targeted to a particular exponential in a large formula,
27625 you might wish to write the rule as @samp{select(exp(x+y)) :=
27626 select(exp(x) exp(y))}.  The @samp{select} markers will be
27627 ignored by the regular @kbd{a r} command
27628 (@pxref{Selections with Rewrite Rules}).
27630 A surprisingly useful rewrite rule is @samp{a/(b-c) := a*(b+c)/(b^2-c^2)}.
27631 This will simplify the formula whenever @expr{b} and/or @expr{c} can
27632 be made simpler by squaring.  For example, applying this rule to
27633 @samp{2 / (sqrt(2) + 3)} yields @samp{6:7 - 2:7 sqrt(2)} (assuming
27634 Symbolic mode has been enabled to keep the square root from being
27635 evaluated to a floating-point approximation).  This rule is also
27636 useful when working with symbolic complex numbers, e.g.,
27637 @samp{(a + b i) / (c + d i)}.
27639 As another example, we could define our own ``triangular numbers'' function
27640 with the rules @samp{[tri(0) := 0, tri(n) := n + tri(n-1) :: n>0]}.  Enter
27641 this vector and store it in a variable:  @kbd{@w{s t} trirules}.  Now, given
27642 a suitable formula like @samp{tri(5)} on the stack, type @samp{a r trirules}
27643 to apply these rules repeatedly.  After six applications, @kbd{a r} will
27644 stop with 15 on the stack.  Once these rules are debugged, it would probably
27645 be most useful to add them to @code{EvalRules} so that Calc will evaluate
27646 the new @code{tri} function automatically.  We could then use @kbd{Z K} on
27647 the keyboard macro @kbd{' tri($) @key{RET}} to make a command that applies
27648 @code{tri} to the value on the top of the stack.  @xref{Programming}.
27650 @cindex Quaternions
27651 The following rule set, contributed by 
27652 @texline Fran\c cois
27653 @infoline Francois
27654 Pinard, implements @dfn{quaternions}, a generalization of the concept of
27655 complex numbers.  Quaternions have four components, and are here
27656 represented by function calls @samp{quat(@var{w}, [@var{x}, @var{y},
27657 @var{z}])} with ``real part'' @var{w} and the three ``imaginary'' parts
27658 collected into a vector.  Various arithmetical operations on quaternions
27659 are supported.  To use these rules, either add them to @code{EvalRules},
27660 or create a command based on @kbd{a r} for simplifying quaternion
27661 formulas.  A convenient way to enter quaternions would be a command
27662 defined by a keyboard macro containing: @kbd{' quat($$$$, [$$$, $$, $])
27663 @key{RET}}.
27665 @smallexample
27666 [ quat(w, x, y, z) := quat(w, [x, y, z]),
27667   quat(w, [0, 0, 0]) := w,
27668   abs(quat(w, v)) := hypot(w, v),
27669   -quat(w, v) := quat(-w, -v),
27670   r + quat(w, v) := quat(r + w, v) :: real(r),
27671   r - quat(w, v) := quat(r - w, -v) :: real(r),
27672   quat(w1, v1) + quat(w2, v2) := quat(w1 + w2, v1 + v2),
27673   r * quat(w, v) := quat(r * w, r * v) :: real(r),
27674   plain(quat(w1, v1) * quat(w2, v2))
27675      := quat(w1 * w2 - v1 * v2, w1 * v2 + w2 * v1 + cross(v1, v2)),
27676   quat(w1, v1) / r := quat(w1 / r, v1 / r) :: real(r),
27677   z / quat(w, v) := z * quatinv(quat(w, v)),
27678   quatinv(quat(w, v)) := quat(w, -v) / (w^2 + v^2),
27679   quatsqr(quat(w, v)) := quat(w^2 - v^2, 2 * w * v),
27680   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^(k / 2))
27681                :: integer(k) :: k > 0 :: k % 2 = 0,
27682   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^((k - 1) / 2)) * quat(w, v)
27683                :: integer(k) :: k > 2,
27684   quat(w, v)^-k := quatinv(quat(w, v)^k) :: integer(k) :: k > 0 ]
27685 @end smallexample
27687 Quaternions, like matrices, have non-commutative multiplication.
27688 In other words, @expr{q1 * q2 = q2 * q1} is not necessarily true if
27689 @expr{q1} and @expr{q2} are @code{quat} forms.  The @samp{quat*quat}
27690 rule above uses @code{plain} to prevent Calc from rearranging the
27691 product.  It may also be wise to add the line @samp{[quat(), matrix]}
27692 to the @code{Decls} matrix, to ensure that Calc's other algebraic
27693 operations will not rearrange a quaternion product.  @xref{Declarations}.
27695 These rules also accept a four-argument @code{quat} form, converting
27696 it to the preferred form in the first rule.  If you would rather see
27697 results in the four-argument form, just append the two items
27698 @samp{phase(2), quat(w, [x, y, z]) := quat(w, x, y, z)} to the end
27699 of the rule set.  (But remember that multi-phase rule sets don't work
27700 in @code{EvalRules}.)
27702 @node Units, Store and Recall, Algebra, Top
27703 @chapter Operating on Units
27705 @noindent
27706 One special interpretation of algebraic formulas is as numbers with units.
27707 For example, the formula @samp{5 m / s^2} can be read ``five meters
27708 per second squared.''  The commands in this chapter help you
27709 manipulate units expressions in this form.  Units-related commands
27710 begin with the @kbd{u} prefix key.
27712 @menu
27713 * Basic Operations on Units::
27714 * The Units Table::
27715 * Predefined Units::
27716 * User-Defined Units::
27717 @end menu
27719 @node Basic Operations on Units, The Units Table, Units, Units
27720 @section Basic Operations on Units
27722 @noindent
27723 A @dfn{units expression} is a formula which is basically a number
27724 multiplied and/or divided by one or more @dfn{unit names}, which may
27725 optionally be raised to integer powers.  Actually, the value part need not
27726 be a number; any product or quotient involving unit names is a units
27727 expression.  Many of the units commands will also accept any formula,
27728 where the command applies to all units expressions which appear in the
27729 formula.
27731 A unit name is a variable whose name appears in the @dfn{unit table},
27732 or a variable whose name is a prefix character like @samp{k} (for ``kilo'')
27733 or @samp{u} (for ``micro'') followed by a name in the unit table.
27734 A substantial table of built-in units is provided with Calc;
27735 @pxref{Predefined Units}.  You can also define your own unit names;
27736 @pxref{User-Defined Units}.
27738 Note that if the value part of a units expression is exactly @samp{1},
27739 it will be removed by the Calculator's automatic algebra routines:  The
27740 formula @samp{1 mm} is ``simplified'' to @samp{mm}.  This is only a
27741 display anomaly, however; @samp{mm} will work just fine as a
27742 representation of one millimeter.
27744 You may find that Algebraic mode (@pxref{Algebraic Entry}) makes working
27745 with units expressions easier.  Otherwise, you will have to remember
27746 to hit the apostrophe key every time you wish to enter units.
27748 @kindex u s
27749 @pindex calc-simplify-units
27750 @ignore
27751 @mindex usimpl@idots
27752 @end ignore
27753 @tindex usimplify
27754 The @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) [@code{usimplify}] command
27755 simplifies a units
27756 expression.  It uses @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) to simplify the
27757 expression first as a regular algebraic formula; it then looks for
27758 features that can be further simplified by converting one object's units
27759 to be compatible with another's.  For example, @samp{5 m + 23 mm} will
27760 simplify to @samp{5.023 m}.  When different but compatible units are
27761 added, the righthand term's units are converted to match those of the
27762 lefthand term.  @xref{Simplification Modes}, for a way to have this done
27763 automatically at all times.
27765 Units simplification also handles quotients of two units with the same
27766 dimensionality, as in @w{@samp{2 in s/L cm}} to @samp{5.08 s/L}; fractional
27767 powers of unit expressions, as in @samp{sqrt(9 mm^2)} to @samp{3 mm} and
27768 @samp{sqrt(9 acre)} to a quantity in meters; and @code{floor},
27769 @code{ceil}, @code{round}, @code{rounde}, @code{roundu}, @code{trunc},
27770 @code{float}, @code{frac}, @code{abs}, and @code{clean}
27771 applied to units expressions, in which case
27772 the operation in question is applied only to the numeric part of the
27773 expression.  Finally, trigonometric functions of quantities with units
27774 of angle are evaluated, regardless of the current angular mode.
27776 @kindex u c
27777 @pindex calc-convert-units
27778 The @kbd{u c} (@code{calc-convert-units}) command converts a units
27779 expression to new, compatible units.  For example, given the units
27780 expression @samp{55 mph}, typing @kbd{u c m/s @key{RET}} produces
27781 @samp{24.5872 m/s}.  If the units you request are inconsistent with
27782 the original units, the number will be converted into your units
27783 times whatever ``remainder'' units are left over.  For example,
27784 converting @samp{55 mph} into acres produces @samp{6.08e-3 acre / m s}.
27785 (Recall that multiplication binds more strongly than division in Calc
27786 formulas, so the units here are acres per meter-second.)  Remainder
27787 units are expressed in terms of ``fundamental'' units like @samp{m} and
27788 @samp{s}, regardless of the input units.
27790 One special exception is that if you specify a single unit name, and
27791 a compatible unit appears somewhere in the units expression, then
27792 that compatible unit will be converted to the new unit and the
27793 remaining units in the expression will be left alone.  For example,
27794 given the input @samp{980 cm/s^2}, the command @kbd{u c ms} will
27795 change the @samp{s} to @samp{ms} to get @samp{9.8e-4 cm/ms^2}.
27796 The ``remainder unit'' @samp{cm} is left alone rather than being
27797 changed to the base unit @samp{m}.
27799 You can use explicit unit conversion instead of the @kbd{u s} command
27800 to gain more control over the units of the result of an expression.
27801 For example, given @samp{5 m + 23 mm}, you can type @kbd{u c m} or
27802 @kbd{u c mm} to express the result in either meters or millimeters.
27803 (For that matter, you could type @kbd{u c fath} to express the result
27804 in fathoms, if you preferred!)
27806 In place of a specific set of units, you can also enter one of the
27807 units system names @code{si}, @code{mks} (equivalent), or @code{cgs}.
27808 For example, @kbd{u c si @key{RET}} converts the expression into
27809 International System of Units (SI) base units.  Also, @kbd{u c base}
27810 converts to Calc's base units, which are the same as @code{si} units
27811 except that @code{base} uses @samp{g} as the fundamental unit of mass
27812 whereas @code{si} uses @samp{kg}.
27814 @cindex Composite units
27815 The @kbd{u c} command also accepts @dfn{composite units}, which
27816 are expressed as the sum of several compatible unit names.  For
27817 example, converting @samp{30.5 in} to units @samp{mi+ft+in} (miles,
27818 feet, and inches) produces @samp{2 ft + 6.5 in}.  Calc first
27819 sorts the unit names into order of decreasing relative size.
27820 It then accounts for as much of the input quantity as it can
27821 using an integer number times the largest unit, then moves on
27822 to the next smaller unit, and so on.  Only the smallest unit
27823 may have a non-integer amount attached in the result.  A few
27824 standard unit names exist for common combinations, such as
27825 @code{mfi} for @samp{mi+ft+in}, and @code{tpo} for @samp{ton+lb+oz}.
27826 Composite units are expanded as if by @kbd{a x}, so that
27827 @samp{(ft+in)/hr} is first converted to @samp{ft/hr+in/hr}.
27829 If the value on the stack does not contain any units, @kbd{u c} will
27830 prompt first for the old units which this value should be considered
27831 to have, then for the new units.  Assuming the old and new units you
27832 give are consistent with each other, the result also will not contain
27833 any units.  For example, @kbd{@w{u c} cm @key{RET} in @key{RET}} converts the number
27834 2 on the stack to 5.08.
27836 @kindex u b
27837 @pindex calc-base-units
27838 The @kbd{u b} (@code{calc-base-units}) command is shorthand for
27839 @kbd{u c base}; it converts the units expression on the top of the
27840 stack into @code{base} units.  If @kbd{u s} does not simplify a
27841 units expression as far as you would like, try @kbd{u b}.
27843 The @kbd{u c} and @kbd{u b} commands treat temperature units (like
27844 @samp{degC} and @samp{K}) as relative temperatures.  For example,
27845 @kbd{u c} converts @samp{10 degC} to @samp{18 degF}: A change of 10
27846 degrees Celsius corresponds to a change of 18 degrees Fahrenheit.
27848 @kindex u t
27849 @pindex calc-convert-temperature
27850 @cindex Temperature conversion
27851 The @kbd{u t} (@code{calc-convert-temperature}) command converts
27852 absolute temperatures.  The value on the stack must be a simple units
27853 expression with units of temperature only.  This command would convert
27854 @samp{10 degC} to @samp{50 degF}, the equivalent temperature on the
27855 Fahrenheit scale.
27857 @kindex u r
27858 @pindex calc-remove-units
27859 @kindex u x
27860 @pindex calc-extract-units
27861 The @kbd{u r} (@code{calc-remove-units}) command removes units from the
27862 formula at the top of the stack.  The @kbd{u x}
27863 (@code{calc-extract-units}) command extracts only the units portion of a
27864 formula.  These commands essentially replace every term of the formula
27865 that does or doesn't (respectively) look like a unit name by the
27866 constant 1, then resimplify the formula.
27868 @kindex u a
27869 @pindex calc-autorange-units
27870 The @kbd{u a} (@code{calc-autorange-units}) command turns on and off a
27871 mode in which unit prefixes like @code{k} (``kilo'') are automatically
27872 applied to keep the numeric part of a units expression in a reasonable
27873 range.  This mode affects @kbd{u s} and all units conversion commands
27874 except @kbd{u b}.  For example, with autoranging on, @samp{12345 Hz}
27875 will be simplified to @samp{12.345 kHz}.  Autoranging is useful for
27876 some kinds of units (like @code{Hz} and @code{m}), but is probably
27877 undesirable for non-metric units like @code{ft} and @code{tbsp}.
27878 (Composite units are more appropriate for those; see above.)
27880 Autoranging always applies the prefix to the leftmost unit name.
27881 Calc chooses the largest prefix that causes the number to be greater
27882 than or equal to 1.0.  Thus an increasing sequence of adjusted times
27883 would be @samp{1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s, 100 s, 1 ks}.
27884 Generally the rule of thumb is that the number will be adjusted
27885 to be in the interval @samp{[1 .. 1000)}, although there are several
27886 exceptions to this rule.  First, if the unit has a power then this
27887 is not possible; @samp{0.1 s^2} simplifies to @samp{100000 ms^2}.
27888 Second, the ``centi-'' prefix is allowed to form @code{cm} (centimeters),
27889 but will not apply to other units.  The ``deci-,'' ``deka-,'' and
27890 ``hecto-'' prefixes are never used.  Thus the allowable interval is
27891 @samp{[1 .. 10)} for millimeters and @samp{[1 .. 100)} for centimeters.
27892 Finally, a prefix will not be added to a unit if the resulting name
27893 is also the actual name of another unit; @samp{1e-15 t} would normally
27894 be considered a ``femto-ton,'' but it is written as @samp{1000 at}
27895 (1000 atto-tons) instead because @code{ft} would be confused with feet.
27897 @node The Units Table, Predefined Units, Basic Operations on Units, Units
27898 @section The Units Table
27900 @noindent
27901 @kindex u v
27902 @pindex calc-enter-units-table
27903 The @kbd{u v} (@code{calc-enter-units-table}) command displays the units table
27904 in another buffer called @code{*Units Table*}.  Each entry in this table
27905 gives the unit name as it would appear in an expression, the definition
27906 of the unit in terms of simpler units, and a full name or description of
27907 the unit.  Fundamental units are defined as themselves; these are the
27908 units produced by the @kbd{u b} command.  The fundamental units are
27909 meters, seconds, grams, kelvins, amperes, candelas, moles, radians,
27910 and steradians.
27912 The Units Table buffer also displays the Unit Prefix Table.  Note that
27913 two prefixes, ``kilo'' and ``hecto,'' accept either upper- or lower-case
27914 prefix letters.  @samp{Meg} is also accepted as a synonym for the @samp{M}
27915 prefix.  Whenever a unit name can be interpreted as either a built-in name
27916 or a prefix followed by another built-in name, the former interpretation
27917 wins.  For example, @samp{2 pt} means two pints, not two pico-tons.
27919 The Units Table buffer, once created, is not rebuilt unless you define
27920 new units.  To force the buffer to be rebuilt, give any numeric prefix
27921 argument to @kbd{u v}.
27923 @kindex u V
27924 @pindex calc-view-units-table
27925 The @kbd{u V} (@code{calc-view-units-table}) command is like @kbd{u v} except
27926 that the cursor is not moved into the Units Table buffer.  You can
27927 type @kbd{u V} again to remove the Units Table from the display.  To
27928 return from the Units Table buffer after a @kbd{u v}, type @kbd{C-x * c}
27929 again or use the regular Emacs @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window})
27930 command.  You can also kill the buffer with @kbd{C-x k} if you wish;
27931 the actual units table is safely stored inside the Calculator.
27933 @kindex u g
27934 @pindex calc-get-unit-definition
27935 The @kbd{u g} (@code{calc-get-unit-definition}) command retrieves a unit's
27936 defining expression and pushes it onto the Calculator stack.  For example,
27937 @kbd{u g in} will produce the expression @samp{2.54 cm}.  This is the
27938 same definition for the unit that would appear in the Units Table buffer.
27939 Note that this command works only for actual unit names; @kbd{u g km}
27940 will report that no such unit exists, for example, because @code{km} is
27941 really the unit @code{m} with a @code{k} (``kilo'') prefix.  To see a
27942 definition of a unit in terms of base units, it is easier to push the
27943 unit name on the stack and then reduce it to base units with @kbd{u b}.
27945 @kindex u e
27946 @pindex calc-explain-units
27947 The @kbd{u e} (@code{calc-explain-units}) command displays an English
27948 description of the units of the expression on the stack.  For example,
27949 for the expression @samp{62 km^2 g / s^2 mol K}, the description is
27950 ``Square-Kilometer Gram per (Second-squared Mole Degree-Kelvin).''  This
27951 command uses the English descriptions that appear in the righthand
27952 column of the Units Table.
27954 @node Predefined Units, User-Defined Units, The Units Table, Units
27955 @section Predefined Units
27957 @noindent
27958 Since the exact definitions of many kinds of units have evolved over the
27959 years, and since certain countries sometimes have local differences in
27960 their definitions, it is a good idea to examine Calc's definition of a
27961 unit before depending on its exact value.  For example, there are three
27962 different units for gallons, corresponding to the US (@code{gal}),
27963 Canadian (@code{galC}), and British (@code{galUK}) definitions.  Also,
27964 note that @code{oz} is a standard ounce of mass, @code{ozt} is a Troy
27965 ounce, and @code{ozfl} is a fluid ounce.
27967 The temperature units corresponding to degrees Kelvin and Centigrade
27968 (Celsius) are the same in this table, since most units commands treat
27969 temperatures as being relative.  The @code{calc-convert-temperature}
27970 command has special rules for handling the different absolute magnitudes
27971 of the various temperature scales.
27973 The unit of volume ``liters'' can be referred to by either the lower-case
27974 @code{l} or the upper-case @code{L}.
27976 The unit @code{A} stands for Amperes; the name @code{Ang} is used
27977 @tex
27978 for \AA ngstroms.
27979 @end tex
27980 @ifinfo
27981 for Angstroms.
27982 @end ifinfo
27984 The unit @code{pt} stands for pints; the name @code{point} stands for
27985 a typographical point, defined by @samp{72 point = 1 in}.  This is
27986 slightly different than the point defined by the American Typefounder's
27987 Association in 1886, but the point used by Calc has become standard
27988 largely due to its use by the PostScript page description language.
27989 There is also @code{texpt}, which stands for a printer's point as
27990 defined by the @TeX{} typesetting system:  @samp{72.27 texpt = 1 in}.
27991 Other units used by @TeX{} are available; they are @code{texpc} (a pica),
27992 @code{texbp} (a ``big point'', equal to a standard point which is larger
27993 than the point used by @TeX{}), @code{texdd} (a Didot point),
27994 @code{texcc} (a Cicero) and @code{texsp} (a scaled @TeX{} point, 
27995 all dimensions representable in @TeX{} are multiples of this value).
27997 The unit @code{e} stands for the elementary (electron) unit of charge;
27998 because algebra command could mistake this for the special constant
27999 @expr{e}, Calc provides the alternate unit name @code{ech} which is
28000 preferable to @code{e}.
28002 The name @code{g} stands for one gram of mass; there is also @code{gf},
28003 one gram of force.  (Likewise for @kbd{lb}, pounds, and @kbd{lbf}.)
28004 Meanwhile, one ``@expr{g}'' of acceleration is denoted @code{ga}.
28006 The unit @code{ton} is a U.S. ton of @samp{2000 lb}, and @code{t} is
28007 a metric ton of @samp{1000 kg}.
28009 The names @code{s} (or @code{sec}) and @code{min} refer to units of
28010 time; @code{arcsec} and @code{arcmin} are units of angle.
28012 Some ``units'' are really physical constants; for example, @code{c}
28013 represents the speed of light, and @code{h} represents Planck's
28014 constant.  You can use these just like other units: converting
28015 @samp{.5 c} to @samp{m/s} expresses one-half the speed of light in
28016 meters per second.  You can also use this merely as a handy reference;
28017 the @kbd{u g} command gets the definition of one of these constants
28018 in its normal terms, and @kbd{u b} expresses the definition in base
28019 units.
28021 Two units, @code{pi} and @code{alpha} (the fine structure constant,
28022 approximately @mathit{1/137}) are dimensionless.  The units simplification
28023 commands simply treat these names as equivalent to their corresponding
28024 values.  However you can, for example, use @kbd{u c} to convert a pure
28025 number into multiples of the fine structure constant, or @kbd{u b} to
28026 convert this back into a pure number.  (When @kbd{u c} prompts for the
28027 ``old units,'' just enter a blank line to signify that the value
28028 really is unitless.)
28030 @c Describe angular units, luminosity vs. steradians problem.
28032 @node User-Defined Units, , Predefined Units, Units
28033 @section User-Defined Units
28035 @noindent
28036 Calc provides ways to get quick access to your selected ``favorite''
28037 units, as well as ways to define your own new units.
28039 @kindex u 0-9
28040 @pindex calc-quick-units
28041 @vindex Units
28042 @cindex @code{Units} variable
28043 @cindex Quick units
28044 To select your favorite units, store a vector of unit names or
28045 expressions in the Calc variable @code{Units}.  The @kbd{u 1}
28046 through @kbd{u 9} commands (@code{calc-quick-units}) provide access
28047 to these units.  If the value on the top of the stack is a plain
28048 number (with no units attached), then @kbd{u 1} gives it the
28049 specified units.  (Basically, it multiplies the number by the
28050 first item in the @code{Units} vector.)  If the number on the
28051 stack @emph{does} have units, then @kbd{u 1} converts that number
28052 to the new units.  For example, suppose the vector @samp{[in, ft]}
28053 is stored in @code{Units}.  Then @kbd{30 u 1} will create the
28054 expression @samp{30 in}, and @kbd{u 2} will convert that expression
28055 to @samp{2.5 ft}.
28057 The @kbd{u 0} command accesses the tenth element of @code{Units}.
28058 Only ten quick units may be defined at a time.  If the @code{Units}
28059 variable has no stored value (the default), or if its value is not
28060 a vector, then the quick-units commands will not function.  The
28061 @kbd{s U} command is a convenient way to edit the @code{Units}
28062 variable; @pxref{Operations on Variables}.
28064 @kindex u d
28065 @pindex calc-define-unit
28066 @cindex User-defined units
28067 The @kbd{u d} (@code{calc-define-unit}) command records the units
28068 expression on the top of the stack as the definition for a new,
28069 user-defined unit.  For example, putting @samp{16.5 ft} on the stack and
28070 typing @kbd{u d rod} defines the new unit @samp{rod} to be equivalent to
28071 16.5 feet.  The unit conversion and simplification commands will now
28072 treat @code{rod} just like any other unit of length.  You will also be
28073 prompted for an optional English description of the unit, which will
28074 appear in the Units Table.
28076 @kindex u u
28077 @pindex calc-undefine-unit
28078 The @kbd{u u} (@code{calc-undefine-unit}) command removes a user-defined
28079 unit.  It is not possible to remove one of the predefined units,
28080 however.
28082 If you define a unit with an existing unit name, your new definition
28083 will replace the original definition of that unit.  If the unit was a
28084 predefined unit, the old definition will not be replaced, only
28085 ``shadowed.''  The built-in definition will reappear if you later use
28086 @kbd{u u} to remove the shadowing definition.
28088 To create a new fundamental unit, use either 1 or the unit name itself
28089 as the defining expression.  Otherwise the expression can involve any
28090 other units that you like (except for composite units like @samp{mfi}).
28091 You can create a new composite unit with a sum of other units as the
28092 defining expression.  The next unit operation like @kbd{u c} or @kbd{u v}
28093 will rebuild the internal unit table incorporating your modifications.
28094 Note that erroneous definitions (such as two units defined in terms of
28095 each other) will not be detected until the unit table is next rebuilt;
28096 @kbd{u v} is a convenient way to force this to happen.
28098 Temperature units are treated specially inside the Calculator; it is not
28099 possible to create user-defined temperature units.
28101 @kindex u p
28102 @pindex calc-permanent-units
28103 @cindex Calc init file, user-defined units
28104 The @kbd{u p} (@code{calc-permanent-units}) command stores the user-defined
28105 units in your Calc init file (the file given by the variable
28106 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so that the
28107 units will still be available in subsequent Emacs sessions.  If there
28108 was already a set of user-defined units in your Calc init file, it
28109 is replaced by the new set.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to
28110 tell Calc to use a different file for the Calc init file.)
28112 @node Store and Recall, Graphics, Units, Top
28113 @chapter Storing and Recalling
28115 @noindent
28116 Calculator variables are really just Lisp variables that contain numbers
28117 or formulas in a form that Calc can understand.  The commands in this
28118 section allow you to manipulate variables conveniently.  Commands related
28119 to variables use the @kbd{s} prefix key.
28121 @menu
28122 * Storing Variables::
28123 * Recalling Variables::
28124 * Operations on Variables::
28125 * Let Command::
28126 * Evaluates-To Operator::
28127 @end menu
28129 @node Storing Variables, Recalling Variables, Store and Recall, Store and Recall
28130 @section Storing Variables
28132 @noindent
28133 @kindex s s
28134 @pindex calc-store
28135 @cindex Storing variables
28136 @cindex Quick variables
28137 @vindex q0
28138 @vindex q9
28139 The @kbd{s s} (@code{calc-store}) command stores the value at the top of
28140 the stack into a specified variable.  It prompts you to enter the
28141 name of the variable.  If you press a single digit, the value is stored
28142 immediately in one of the ``quick'' variables @code{q0} through
28143 @code{q9}.  Or you can enter any variable name.  
28145 @kindex s t
28146 @pindex calc-store-into
28147 The @kbd{s s} command leaves the stored value on the stack.  There is
28148 also an @kbd{s t} (@code{calc-store-into}) command, which removes a
28149 value from the stack and stores it in a variable.
28151 If the top of stack value is an equation @samp{a = 7} or assignment
28152 @samp{a := 7} with a variable on the lefthand side, then Calc will
28153 assign that variable with that value by default, i.e., if you type
28154 @kbd{s s @key{RET}} or @kbd{s t @key{RET}}.  In this example, the
28155 value 7 would be stored in the variable @samp{a}.  (If you do type
28156 a variable name at the prompt, the top-of-stack value is stored in
28157 its entirety, even if it is an equation:  @samp{s s b @key{RET}}
28158 with @samp{a := 7} on the stack stores @samp{a := 7} in @code{b}.)
28160 In fact, the top of stack value can be a vector of equations or
28161 assignments with different variables on their lefthand sides; the
28162 default will be to store all the variables with their corresponding
28163 righthand sides simultaneously.
28165 It is also possible to type an equation or assignment directly at
28166 the prompt for the @kbd{s s} or @kbd{s t} command:  @kbd{s s foo = 7}.
28167 In this case the expression to the right of the @kbd{=} or @kbd{:=}
28168 symbol is evaluated as if by the @kbd{=} command, and that value is
28169 stored in the variable.  No value is taken from the stack; @kbd{s s}
28170 and @kbd{s t} are equivalent when used in this way.
28172 @kindex s 0-9
28173 @kindex t 0-9
28174 The prefix keys @kbd{s} and @kbd{t} may be followed immediately by a
28175 digit; @kbd{s 9} is equivalent to @kbd{s s 9}, and @kbd{t 9} is
28176 equivalent to @kbd{s t 9}.  (The @kbd{t} prefix is otherwise used
28177 for trail and time/date commands.)
28179 @kindex s +
28180 @kindex s -
28181 @ignore
28182 @mindex @idots
28183 @end ignore
28184 @kindex s *
28185 @ignore
28186 @mindex @null
28187 @end ignore
28188 @kindex s /
28189 @ignore
28190 @mindex @null
28191 @end ignore
28192 @kindex s ^
28193 @ignore
28194 @mindex @null
28195 @end ignore
28196 @kindex s |
28197 @ignore
28198 @mindex @null
28199 @end ignore
28200 @kindex s n
28201 @ignore
28202 @mindex @null
28203 @end ignore
28204 @kindex s &
28205 @ignore
28206 @mindex @null
28207 @end ignore
28208 @kindex s [
28209 @ignore
28210 @mindex @null
28211 @end ignore
28212 @kindex s ]
28213 @pindex calc-store-plus
28214 @pindex calc-store-minus
28215 @pindex calc-store-times
28216 @pindex calc-store-div
28217 @pindex calc-store-power
28218 @pindex calc-store-concat
28219 @pindex calc-store-neg
28220 @pindex calc-store-inv
28221 @pindex calc-store-decr
28222 @pindex calc-store-incr
28223 There are also several ``arithmetic store'' commands.  For example,
28224 @kbd{s +} removes a value from the stack and adds it to the specified
28225 variable.  The other arithmetic stores are @kbd{s -}, @kbd{s *}, @kbd{s /},
28226 @kbd{s ^}, and @w{@kbd{s |}} (vector concatenation), plus @kbd{s n} and
28227 @kbd{s &} which negate or invert the value in a variable, and @w{@kbd{s [}}
28228 and @kbd{s ]} which decrease or increase a variable by one.
28230 All the arithmetic stores accept the Inverse prefix to reverse the
28231 order of the operands.  If @expr{v} represents the contents of the
28232 variable, and @expr{a} is the value drawn from the stack, then regular
28233 @w{@kbd{s -}} assigns 
28234 @texline @math{v \coloneq v - a},
28235 @infoline @expr{v := v - a}, 
28236 but @kbd{I s -} assigns
28237 @texline @math{v \coloneq a - v}.
28238 @infoline @expr{v := a - v}.  
28239 While @kbd{I s *} might seem pointless, it is
28240 useful if matrix multiplication is involved.  Actually, all the
28241 arithmetic stores use formulas designed to behave usefully both
28242 forwards and backwards:
28244 @example
28245 @group
28246 s +        v := v + a          v := a + v
28247 s -        v := v - a          v := a - v
28248 s *        v := v * a          v := a * v
28249 s /        v := v / a          v := a / v
28250 s ^        v := v ^ a          v := a ^ v
28251 s |        v := v | a          v := a | v
28252 s n        v := v / (-1)       v := (-1) / v
28253 s &        v := v ^ (-1)       v := (-1) ^ v
28254 s [        v := v - 1          v := 1 - v
28255 s ]        v := v - (-1)       v := (-1) - v
28256 @end group
28257 @end example
28259 In the last four cases, a numeric prefix argument will be used in
28260 place of the number one.  (For example, @kbd{M-2 s ]} increases
28261 a variable by 2, and @kbd{M-2 I s ]} replaces a variable by
28262 minus-two minus the variable.
28264 The first six arithmetic stores can also be typed @kbd{s t +}, @kbd{s t -},
28265 etc.  The commands @kbd{s s +}, @kbd{s s -}, and so on are analogous
28266 arithmetic stores that don't remove the value @expr{a} from the stack.
28268 All arithmetic stores report the new value of the variable in the
28269 Trail for your information.  They signal an error if the variable
28270 previously had no stored value.  If default simplifications have been
28271 turned off, the arithmetic stores temporarily turn them on for numeric
28272 arguments only (i.e., they temporarily do an @kbd{m N} command).
28273 @xref{Simplification Modes}.  Large vectors put in the trail by
28274 these commands always use abbreviated (@kbd{t .}) mode.
28276 @kindex s m
28277 @pindex calc-store-map
28278 The @kbd{s m} command is a general way to adjust a variable's value
28279 using any Calc function.  It is a ``mapping'' command analogous to
28280 @kbd{V M}, @kbd{V R}, etc.  @xref{Reducing and Mapping}, to see
28281 how to specify a function for a mapping command.  Basically,
28282 all you do is type the Calc command key that would invoke that
28283 function normally.  For example, @kbd{s m n} applies the @kbd{n}
28284 key to negate the contents of the variable, so @kbd{s m n} is
28285 equivalent to @kbd{s n}.  Also, @kbd{s m Q} takes the square root
28286 of the value stored in a variable, @kbd{s m v v} uses @kbd{v v} to
28287 reverse the vector stored in the variable, and @kbd{s m H I S}
28288 takes the hyperbolic arcsine of the variable contents.
28290 If the mapping function takes two or more arguments, the additional
28291 arguments are taken from the stack; the old value of the variable
28292 is provided as the first argument.  Thus @kbd{s m -} with @expr{a}
28293 on the stack computes @expr{v - a}, just like @kbd{s -}.  With the
28294 Inverse prefix, the variable's original value becomes the @emph{last}
28295 argument instead of the first.  Thus @kbd{I s m -} is also
28296 equivalent to @kbd{I s -}.
28298 @kindex s x
28299 @pindex calc-store-exchange
28300 The @kbd{s x} (@code{calc-store-exchange}) command exchanges the value
28301 of a variable with the value on the top of the stack.  Naturally, the
28302 variable must already have a stored value for this to work.
28304 You can type an equation or assignment at the @kbd{s x} prompt.  The
28305 command @kbd{s x a=6} takes no values from the stack; instead, it
28306 pushes the old value of @samp{a} on the stack and stores @samp{a = 6}.
28308 @kindex s u
28309 @pindex calc-unstore
28310 @cindex Void variables
28311 @cindex Un-storing variables
28312 Until you store something in them, most variables are ``void,'' that is,
28313 they contain no value at all.  If they appear in an algebraic formula
28314 they will be left alone even if you press @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
28315 The @kbd{s u} (@code{calc-unstore}) command returns a variable to the
28316 void state.
28318 @kindex s c
28319 @pindex calc-copy-variable
28320 The @kbd{s c} (@code{calc-copy-variable}) command copies the stored
28321 value of one variable to another.  One way it differs from a simple
28322 @kbd{s r} followed by an @kbd{s t} (aside from saving keystrokes) is
28323 that the value never goes on the stack and thus is never rounded,
28324 evaluated, or simplified in any way; it is not even rounded down to the
28325 current precision.
28327 The only variables with predefined values are the ``special constants''
28328 @code{pi}, @code{e}, @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}.  You are free
28329 to unstore these variables or to store new values into them if you like,
28330 although some of the algebraic-manipulation functions may assume these
28331 variables represent their standard values.  Calc displays a warning if
28332 you change the value of one of these variables, or of one of the other
28333 special variables @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} (which are
28334 normally void).
28336 Note that @code{pi} doesn't actually have 3.14159265359 stored in it,
28337 but rather a special magic value that evaluates to @cpi{} at the current
28338 precision.  Likewise @code{e}, @code{i}, and @code{phi} evaluate
28339 according to the current precision or polar mode.  If you recall a value
28340 from @code{pi} and store it back, this magic property will be lost.  The
28341 magic property is preserved, however, when a variable is copied with
28342 @kbd{s c}.
28344 @kindex s k
28345 @pindex calc-copy-special-constant
28346 If one of the ``special constants'' is redefined (or undefined) so that
28347 it no longer has its magic property, the property can be restored with 
28348 @kbd{s k} (@code{calc-copy-special-constant}).  This command will prompt
28349 for a special constant and a variable to store it in, and so a special
28350 constant can be stored in any variable.  Here, the special constant that
28351 you enter doesn't depend on the value of the corresponding variable;
28352 @code{pi} will represent 3.14159@dots{} regardless of what is currently
28353 stored in the Calc variable @code{pi}.  If one of the other special
28354 variables, @code{inf}, @code{uinf} or @code{nan}, is given a value, its
28355 original behavior can be restored by voiding it with @kbd{s u}.
28357 @node Recalling Variables, Operations on Variables, Storing Variables, Store and Recall
28358 @section Recalling Variables
28360 @noindent
28361 @kindex s r
28362 @pindex calc-recall
28363 @cindex Recalling variables
28364 The most straightforward way to extract the stored value from a variable
28365 is to use the @kbd{s r} (@code{calc-recall}) command.  This command prompts
28366 for a variable name (similarly to @code{calc-store}), looks up the value
28367 of the specified variable, and pushes that value onto the stack.  It is
28368 an error to try to recall a void variable.
28370 It is also possible to recall the value from a variable by evaluating a
28371 formula containing that variable.  For example, @kbd{' a @key{RET} =} is
28372 the same as @kbd{s r a @key{RET}} except that if the variable is void, the
28373 former will simply leave the formula @samp{a} on the stack whereas the
28374 latter will produce an error message.
28376 @kindex r 0-9
28377 The @kbd{r} prefix may be followed by a digit, so that @kbd{r 9} is
28378 equivalent to @kbd{s r 9}.  (The @kbd{r} prefix is otherwise unused
28379 in the current version of Calc.)
28381 @node Operations on Variables, Let Command, Recalling Variables, Store and Recall
28382 @section Other Operations on Variables
28384 @noindent
28385 @kindex s e
28386 @pindex calc-edit-variable
28387 The @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) command edits the stored
28388 value of a variable without ever putting that value on the stack
28389 or simplifying or evaluating the value.  It prompts for the name of
28390 the variable to edit.  If the variable has no stored value, the
28391 editing buffer will start out empty.  If the editing buffer is
28392 empty when you press @kbd{C-c C-c} to finish, the variable will
28393 be made void.  @xref{Editing Stack Entries}, for a general
28394 description of editing.
28396 The @kbd{s e} command is especially useful for creating and editing
28397 rewrite rules which are stored in variables.  Sometimes these rules
28398 contain formulas which must not be evaluated until the rules are
28399 actually used.  (For example, they may refer to @samp{deriv(x,y)},
28400 where @code{x} will someday become some expression involving @code{y};
28401 if you let Calc evaluate the rule while you are defining it, Calc will
28402 replace @samp{deriv(x,y)} with 0 because the formula @code{x} does
28403 not itself refer to @code{y}.)  By contrast, recalling the variable,
28404 editing with @kbd{`}, and storing will evaluate the variable's value
28405 as a side effect of putting the value on the stack.
28407 @kindex s A
28408 @kindex s D
28409 @ignore
28410 @mindex @idots
28411 @end ignore
28412 @kindex s E
28413 @ignore
28414 @mindex @null
28415 @end ignore
28416 @kindex s F
28417 @ignore
28418 @mindex @null
28419 @end ignore
28420 @kindex s G
28421 @ignore
28422 @mindex @null
28423 @end ignore
28424 @kindex s H
28425 @ignore
28426 @mindex @null
28427 @end ignore
28428 @kindex s I
28429 @ignore
28430 @mindex @null
28431 @end ignore
28432 @kindex s L
28433 @ignore
28434 @mindex @null
28435 @end ignore
28436 @kindex s P
28437 @ignore
28438 @mindex @null
28439 @end ignore
28440 @kindex s R
28441 @ignore
28442 @mindex @null
28443 @end ignore
28444 @kindex s T
28445 @ignore
28446 @mindex @null
28447 @end ignore
28448 @kindex s U
28449 @ignore
28450 @mindex @null
28451 @end ignore
28452 @kindex s X
28453 @pindex calc-store-AlgSimpRules
28454 @pindex calc-store-Decls
28455 @pindex calc-store-EvalRules
28456 @pindex calc-store-FitRules
28457 @pindex calc-store-GenCount
28458 @pindex calc-store-Holidays
28459 @pindex calc-store-IntegLimit
28460 @pindex calc-store-LineStyles
28461 @pindex calc-store-PointStyles
28462 @pindex calc-store-PlotRejects
28463 @pindex calc-store-TimeZone
28464 @pindex calc-store-Units
28465 @pindex calc-store-ExtSimpRules
28466 There are several special-purpose variable-editing commands that
28467 use the @kbd{s} prefix followed by a shifted letter:
28469 @table @kbd
28470 @item s A
28471 Edit @code{AlgSimpRules}.  @xref{Algebraic Simplifications}.
28472 @item s D
28473 Edit @code{Decls}.  @xref{Declarations}.
28474 @item s E
28475 Edit @code{EvalRules}.  @xref{Default Simplifications}.
28476 @item s F
28477 Edit @code{FitRules}.  @xref{Curve Fitting}.
28478 @item s G
28479 Edit @code{GenCount}.  @xref{Solving Equations}.
28480 @item s H
28481 Edit @code{Holidays}.  @xref{Business Days}.
28482 @item s I
28483 Edit @code{IntegLimit}.  @xref{Calculus}.
28484 @item s L
28485 Edit @code{LineStyles}.  @xref{Graphics}.
28486 @item s P
28487 Edit @code{PointStyles}.  @xref{Graphics}.
28488 @item s R
28489 Edit @code{PlotRejects}.  @xref{Graphics}.
28490 @item s T
28491 Edit @code{TimeZone}.  @xref{Time Zones}.
28492 @item s U
28493 Edit @code{Units}.  @xref{User-Defined Units}.
28494 @item s X
28495 Edit @code{ExtSimpRules}.  @xref{Unsafe Simplifications}.
28496 @end table
28498 These commands are just versions of @kbd{s e} that use fixed variable
28499 names rather than prompting for the variable name.
28501 @kindex s p
28502 @pindex calc-permanent-variable
28503 @cindex Storing variables
28504 @cindex Permanent variables
28505 @cindex Calc init file, variables
28506 The @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command saves a
28507 variable's value permanently in your Calc init file (the file given by
28508 the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so
28509 that its value will still be available in future Emacs sessions.  You
28510 can re-execute @w{@kbd{s p}} later on to update the saved value, but the
28511 only way to remove a saved variable is to edit your calc init file
28512 by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
28513 use a different file for the Calc init file.)
28515 If you do not specify the name of a variable to save (i.e.,
28516 @kbd{s p @key{RET}}), all Calc variables with defined values
28517 are saved except for the special constants @code{pi}, @code{e},
28518 @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}; the variables @code{TimeZone}
28519 and @code{PlotRejects};
28520 @code{FitRules}, @code{DistribRules}, and other built-in rewrite
28521 rules; and @code{PlotData@var{n}} variables generated
28522 by the graphics commands.  (You can still save these variables by
28523 explicitly naming them in an @kbd{s p} command.)
28525 @kindex s i
28526 @pindex calc-insert-variables
28527 The @kbd{s i} (@code{calc-insert-variables}) command writes
28528 the values of all Calc variables into a specified buffer.
28529 The variables are written with the prefix @code{var-} in the form of
28530 Lisp @code{setq} commands 
28531 which store the values in string form.  You can place these commands
28532 in your Calc init file (or @file{.emacs}) if you wish, though in this case it
28533 would be easier to use @kbd{s p @key{RET}}.  (Note that @kbd{s i}
28534 omits the same set of variables as @w{@kbd{s p @key{RET}}}; the difference
28535 is that @kbd{s i} will store the variables in any buffer, and it also
28536 stores in a more human-readable format.)
28538 @node Let Command, Evaluates-To Operator, Operations on Variables, Store and Recall
28539 @section The Let Command
28541 @noindent
28542 @kindex s l
28543 @pindex calc-let
28544 @cindex Variables, temporary assignment
28545 @cindex Temporary assignment to variables
28546 If you have an expression like @samp{a+b^2} on the stack and you wish to
28547 compute its value where @expr{b=3}, you can simply store 3 in @expr{b} and
28548 then press @kbd{=} to reevaluate the formula.  This has the side-effect
28549 of leaving the stored value of 3 in @expr{b} for future operations.
28551 The @kbd{s l} (@code{calc-let}) command evaluates a formula under a
28552 @emph{temporary} assignment of a variable.  It stores the value on the
28553 top of the stack into the specified variable, then evaluates the
28554 second-to-top stack entry, then restores the original value (or lack of one)
28555 in the variable.  Thus after @kbd{'@w{ }a+b^2 @key{RET} 3 s l b @key{RET}},
28556 the stack will contain the formula @samp{a + 9}.  The subsequent command
28557 @kbd{@w{5 s l a} @key{RET}} will replace this formula with the number 14.
28558 The variables @samp{a} and @samp{b} are not permanently affected in any way
28559 by these commands.
28561 The value on the top of the stack may be an equation or assignment, or
28562 a vector of equations or assignments, in which case the default will be
28563 analogous to the case of @kbd{s t @key{RET}}.  @xref{Storing Variables}.
28565 Also, you can answer the variable-name prompt with an equation or
28566 assignment:  @kbd{s l b=3 @key{RET}} is the same as storing 3 on the stack
28567 and typing @kbd{s l b @key{RET}}.
28569 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) command is another way to substitute
28570 a variable with a value in a formula.  It does an actual substitution
28571 rather than temporarily assigning the variable and evaluating.  For
28572 example, letting @expr{n=2} in @samp{f(n pi)} with @kbd{a b} will
28573 produce @samp{f(2 pi)}, whereas @kbd{s l} would give @samp{f(6.28)}
28574 since the evaluation step will also evaluate @code{pi}.
28576 @node Evaluates-To Operator, , Let Command, Store and Recall
28577 @section The Evaluates-To Operator
28579 @noindent
28580 @tindex evalto
28581 @tindex =>
28582 @cindex Evaluates-to operator
28583 @cindex @samp{=>} operator
28584 The special algebraic symbol @samp{=>} is known as the @dfn{evaluates-to
28585 operator}.  (It will show up as an @code{evalto} function call in
28586 other language modes like Pascal and La@TeX{}.)  This is a binary
28587 operator, that is, it has a lefthand and a righthand argument,
28588 although it can be entered with the righthand argument omitted.
28590 A formula like @samp{@var{a} => @var{b}} is evaluated by Calc as
28591 follows:  First, @var{a} is not simplified or modified in any
28592 way.  The previous value of argument @var{b} is thrown away; the
28593 formula @var{a} is then copied and evaluated as if by the @kbd{=}
28594 command according to all current modes and stored variable values,
28595 and the result is installed as the new value of @var{b}.
28597 For example, suppose you enter the algebraic formula @samp{2 + 3 => 17}.
28598 The number 17 is ignored, and the lefthand argument is left in its
28599 unevaluated form; the result is the formula @samp{2 + 3 => 5}.
28601 @kindex s =
28602 @pindex calc-evalto
28603 You can enter an @samp{=>} formula either directly using algebraic
28604 entry (in which case the righthand side may be omitted since it is
28605 going to be replaced right away anyhow), or by using the @kbd{s =}
28606 (@code{calc-evalto}) command, which takes @var{a} from the stack
28607 and replaces it with @samp{@var{a} => @var{b}}.
28609 Calc keeps track of all @samp{=>} operators on the stack, and
28610 recomputes them whenever anything changes that might affect their
28611 values, i.e., a mode setting or variable value.  This occurs only
28612 if the @samp{=>} operator is at the top level of the formula, or
28613 if it is part of a top-level vector.  In other words, pushing
28614 @samp{2 + (a => 17)} will change the 17 to the actual value of
28615 @samp{a} when you enter the formula, but the result will not be
28616 dynamically updated when @samp{a} is changed later because the
28617 @samp{=>} operator is buried inside a sum.  However, a vector
28618 of @samp{=>} operators will be recomputed, since it is convenient
28619 to push a vector like @samp{[a =>, b =>, c =>]} on the stack to
28620 make a concise display of all the variables in your problem.
28621 (Another way to do this would be to use @samp{[a, b, c] =>},
28622 which provides a slightly different format of display.  You
28623 can use whichever you find easiest to read.)
28625 @kindex m C
28626 @pindex calc-auto-recompute
28627 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command allows you to
28628 turn this automatic recomputation on or off.  If you turn
28629 recomputation off, you must explicitly recompute an @samp{=>}
28630 operator on the stack in one of the usual ways, such as by
28631 pressing @kbd{=}.  Turning recomputation off temporarily can save
28632 a lot of time if you will be changing several modes or variables
28633 before you look at the @samp{=>} entries again.
28635 Most commands are not especially useful with @samp{=>} operators
28636 as arguments.  For example, given @samp{x + 2 => 17}, it won't
28637 work to type @kbd{1 +} to get @samp{x + 3 => 18}.  If you want
28638 to operate on the lefthand side of the @samp{=>} operator on
28639 the top of the stack, type @kbd{j 1} (that's the digit ``one'')
28640 to select the lefthand side, execute your commands, then type
28641 @kbd{j u} to unselect.
28643 All current modes apply when an @samp{=>} operator is computed,
28644 including the current simplification mode.  Recall that the
28645 formula @samp{x + y + x} is not handled by Calc's default
28646 simplifications, but the @kbd{a s} command will reduce it to
28647 the simpler form @samp{y + 2 x}.  You can also type @kbd{m A}
28648 to enable an Algebraic Simplification mode in which the
28649 equivalent of @kbd{a s} is used on all of Calc's results.
28650 If you enter @samp{x + y + x =>} normally, the result will
28651 be @samp{x + y + x => x + y + x}.  If you change to
28652 Algebraic Simplification mode, the result will be
28653 @samp{x + y + x => y + 2 x}.  However, just pressing @kbd{a s}
28654 once will have no effect on @samp{x + y + x => x + y + x},
28655 because the righthand side depends only on the lefthand side
28656 and the current mode settings, and the lefthand side is not
28657 affected by commands like @kbd{a s}.
28659 The ``let'' command (@kbd{s l}) has an interesting interaction
28660 with the @samp{=>} operator.  The @kbd{s l} command evaluates the
28661 second-to-top stack entry with the top stack entry supplying
28662 a temporary value for a given variable.  As you might expect,
28663 if that stack entry is an @samp{=>} operator its righthand
28664 side will temporarily show this value for the variable.  In
28665 fact, all @samp{=>}s on the stack will be updated if they refer
28666 to that variable.  But this change is temporary in the sense
28667 that the next command that causes Calc to look at those stack
28668 entries will make them revert to the old variable value.
28670 @smallexample
28671 @group
28672 2:  a => a             2:  a => 17         2:  a => a
28673 1:  a + 1 => a + 1     1:  a + 1 => 18     1:  a + 1 => a + 1
28674     .                      .                   .
28676                            17 s l a @key{RET}        p 8 @key{RET}
28677 @end group
28678 @end smallexample
28680 Here the @kbd{p 8} command changes the current precision,
28681 thus causing the @samp{=>} forms to be recomputed after the
28682 influence of the ``let'' is gone.  The @kbd{d @key{SPC}} command
28683 (@code{calc-refresh}) is a handy way to force the @samp{=>}
28684 operators on the stack to be recomputed without any other
28685 side effects.
28687 @kindex s :
28688 @pindex calc-assign
28689 @tindex assign
28690 @tindex :=
28691 Embedded mode also uses @samp{=>} operators.  In Embedded mode,
28692 the lefthand side of an @samp{=>} operator can refer to variables
28693 assigned elsewhere in the file by @samp{:=} operators.  The
28694 assignment operator @samp{a := 17} does not actually do anything
28695 by itself.  But Embedded mode recognizes it and marks it as a sort
28696 of file-local definition of the variable.  You can enter @samp{:=}
28697 operators in Algebraic mode, or by using the @kbd{s :}
28698 (@code{calc-assign}) [@code{assign}] command which takes a variable
28699 and value from the stack and replaces them with an assignment.
28701 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for the way @samp{=>} appears in
28702 @TeX{} language output.  The @dfn{eqn} mode gives similar
28703 treatment to @samp{=>}.
28705 @node Graphics, Kill and Yank, Store and Recall, Top
28706 @chapter Graphics
28708 @noindent
28709 The commands for graphing data begin with the @kbd{g} prefix key.  Calc
28710 uses GNUPLOT 2.0 or later to do graphics.  These commands will only work
28711 if GNUPLOT is available on your system.  (While GNUPLOT sounds like
28712 a relative of GNU Emacs, it is actually completely unrelated.
28713 However, it is free software.   It can be obtained from
28714 @samp{http://www.gnuplot.info}.)
28716 @vindex calc-gnuplot-name
28717 If you have GNUPLOT installed on your system but Calc is unable to
28718 find it, you may need to set the @code{calc-gnuplot-name} variable
28719 in your Calc init file or @file{.emacs}.  You may also need to set some Lisp
28720 variables to show Calc how to run GNUPLOT on your system; these
28721 are described under @kbd{g D} and @kbd{g O} below.  If you are
28722 using the X window system, Calc will configure GNUPLOT for you
28723 automatically.  If you have GNUPLOT 3.0 or later and you are not using X,
28724 Calc will configure GNUPLOT to display graphs using simple character
28725 graphics that will work on any terminal.
28727 @menu
28728 * Basic Graphics::
28729 * Three Dimensional Graphics::
28730 * Managing Curves::
28731 * Graphics Options::
28732 * Devices::
28733 @end menu
28735 @node Basic Graphics, Three Dimensional Graphics, Graphics, Graphics
28736 @section Basic Graphics
28738 @noindent
28739 @kindex g f
28740 @pindex calc-graph-fast
28741 The easiest graphics command is @kbd{g f} (@code{calc-graph-fast}).
28742 This command takes two vectors of equal length from the stack.
28743 The vector at the top of the stack represents the ``y'' values of
28744 the various data points.  The vector in the second-to-top position
28745 represents the corresponding ``x'' values.  This command runs
28746 GNUPLOT (if it has not already been started by previous graphing
28747 commands) and displays the set of data points.  The points will
28748 be connected by lines, and there will also be some kind of symbol
28749 to indicate the points themselves.
28751 The ``x'' entry may instead be an interval form, in which case suitable
28752 ``x'' values are interpolated between the minimum and maximum values of
28753 the interval (whether the interval is open or closed is ignored).
28755 The ``x'' entry may also be a number, in which case Calc uses the
28756 sequence of ``x'' values @expr{x}, @expr{x+1}, @expr{x+2}, etc.
28757 (Generally the number 0 or 1 would be used for @expr{x} in this case.)
28759 The ``y'' entry may be any formula instead of a vector.  Calc effectively
28760 uses @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) to evaluate variables in the formula;
28761 the result of this must be a formula in a single (unassigned) variable.
28762 The formula is plotted with this variable taking on the various ``x''
28763 values.  Graphs of formulas by default use lines without symbols at the
28764 computed data points.  Note that if neither ``x'' nor ``y'' is a vector,
28765 Calc guesses at a reasonable number of data points to use.  See the
28766 @kbd{g N} command below.  (The ``x'' values must be either a vector
28767 or an interval if ``y'' is a formula.)
28769 @ignore
28770 @starindex
28771 @end ignore
28772 @tindex xy
28773 If ``y'' is (or evaluates to) a formula of the form
28774 @samp{xy(@var{x}, @var{y})} then the result is a
28775 parametric plot.  The two arguments of the fictitious @code{xy} function
28776 are used as the ``x'' and ``y'' coordinates of the curve, respectively.
28777 In this case the ``x'' vector or interval you specified is not directly
28778 visible in the graph.  For example, if ``x'' is the interval @samp{[0..360]}
28779 and ``y'' is the formula @samp{xy(sin(t), cos(t))}, the resulting graph
28780 will be a circle.
28782 Also, ``x'' and ``y'' may each be variable names, in which case Calc
28783 looks for suitable vectors, intervals, or formulas stored in those
28784 variables.
28786 The ``x'' and ``y'' values for the data points (as pulled from the vectors,
28787 calculated from the formulas, or interpolated from the intervals) should
28788 be real numbers (integers, fractions, or floats).  If either the ``x''
28789 value or the ``y'' value of a given data point is not a real number, that
28790 data point will be omitted from the graph.  The points on either side
28791 of the invalid point will @emph{not} be connected by a line.
28793 See the documentation for @kbd{g a} below for a description of the way
28794 numeric prefix arguments affect @kbd{g f}.
28796 @cindex @code{PlotRejects} variable
28797 @vindex PlotRejects
28798 If you store an empty vector in the variable @code{PlotRejects}
28799 (i.e., @kbd{[ ] s t PlotRejects}), Calc will append information to
28800 this vector for every data point which was rejected because its
28801 ``x'' or ``y'' values were not real numbers.  The result will be
28802 a matrix where each row holds the curve number, data point number,
28803 ``x'' value, and ``y'' value for a rejected data point.
28804 @xref{Evaluates-To Operator}, for a handy way to keep tabs on the
28805 current value of @code{PlotRejects}.  @xref{Operations on Variables},
28806 for the @kbd{s R} command which is another easy way to examine
28807 @code{PlotRejects}.
28809 @kindex g c
28810 @pindex calc-graph-clear
28811 To clear the graphics display, type @kbd{g c} (@code{calc-graph-clear}).
28812 If the GNUPLOT output device is an X window, the window will go away.
28813 Effects on other kinds of output devices will vary.  You don't need
28814 to use @kbd{g c} if you don't want to---if you give another @kbd{g f}
28815 or @kbd{g p} command later on, it will reuse the existing graphics
28816 window if there is one.
28818 @node Three Dimensional Graphics, Managing Curves, Basic Graphics, Graphics
28819 @section Three-Dimensional Graphics
28821 @kindex g F
28822 @pindex calc-graph-fast-3d
28823 The @kbd{g F} (@code{calc-graph-fast-3d}) command makes a three-dimensional
28824 graph.  It works only if you have GNUPLOT 3.0 or later; with GNUPLOT 2.0,
28825 you will see a GNUPLOT error message if you try this command.
28827 The @kbd{g F} command takes three values from the stack, called ``x'',
28828 ``y'', and ``z'', respectively.  As was the case for 2D graphs, there
28829 are several options for these values.
28831 In the first case, ``x'' and ``y'' are each vectors (not necessarily of
28832 the same length); either or both may instead be interval forms.  The
28833 ``z'' value must be a matrix with the same number of rows as elements
28834 in ``x'', and the same number of columns as elements in ``y''.  The
28835 result is a surface plot where 
28836 @texline @math{z_{ij}}
28837 @infoline @expr{z_ij} 
28838 is the height of the point
28839 at coordinate @expr{(x_i, y_j)} on the surface.  The 3D graph will
28840 be displayed from a certain default viewpoint; you can change this
28841 viewpoint by adding a @samp{set view} to the @samp{*Gnuplot Commands*}
28842 buffer as described later.  See the GNUPLOT documentation for a
28843 description of the @samp{set view} command.
28845 Each point in the matrix will be displayed as a dot in the graph,
28846 and these points will be connected by a grid of lines (@dfn{isolines}).
28848 In the second case, ``x'', ``y'', and ``z'' are all vectors of equal
28849 length.  The resulting graph displays a 3D line instead of a surface,
28850 where the coordinates of points along the line are successive triplets
28851 of values from the input vectors.
28853 In the third case, ``x'' and ``y'' are vectors or interval forms, and
28854 ``z'' is any formula involving two variables (not counting variables
28855 with assigned values).  These variables are sorted into alphabetical
28856 order; the first takes on values from ``x'' and the second takes on
28857 values from ``y'' to form a matrix of results that are graphed as a
28858 3D surface.
28860 @ignore
28861 @starindex
28862 @end ignore
28863 @tindex xyz
28864 If the ``z'' formula evaluates to a call to the fictitious function
28865 @samp{xyz(@var{x}, @var{y}, @var{z})}, then the result is a
28866 ``parametric surface.''  In this case, the axes of the graph are
28867 taken from the @var{x} and @var{y} values in these calls, and the
28868 ``x'' and ``y'' values from the input vectors or intervals are used only
28869 to specify the range of inputs to the formula.  For example, plotting
28870 @samp{[0..360], [0..180], xyz(sin(x)*sin(y), cos(x)*sin(y), cos(y))}
28871 will draw a sphere.  (Since the default resolution for 3D plots is
28872 5 steps in each of ``x'' and ``y'', this will draw a very crude
28873 sphere.  You could use the @kbd{g N} command, described below, to
28874 increase this resolution, or specify the ``x'' and ``y'' values as
28875 vectors with more than 5 elements.
28877 It is also possible to have a function in a regular @kbd{g f} plot
28878 evaluate to an @code{xyz} call.  Since @kbd{g f} plots a line, not
28879 a surface, the result will be a 3D parametric line.  For example,
28880 @samp{[[0..720], xyz(sin(x), cos(x), x)]} will plot two turns of a
28881 helix (a three-dimensional spiral).
28883 As for @kbd{g f}, each of ``x'', ``y'', and ``z'' may instead be
28884 variables containing the relevant data.
28886 @node Managing Curves, Graphics Options, Three Dimensional Graphics, Graphics
28887 @section Managing Curves
28889 @noindent
28890 The @kbd{g f} command is really shorthand for the following commands:
28891 @kbd{C-u g d  g a  g p}.  Likewise, @w{@kbd{g F}} is shorthand for
28892 @kbd{C-u g d  g A  g p}.  You can gain more control over your graph
28893 by using these commands directly.
28895 @kindex g a
28896 @pindex calc-graph-add
28897 The @kbd{g a} (@code{calc-graph-add}) command adds the ``curve''
28898 represented by the two values on the top of the stack to the current
28899 graph.  You can have any number of curves in the same graph.  When
28900 you give the @kbd{g p} command, all the curves will be drawn superimposed
28901 on the same axes.
28903 The @kbd{g a} command (and many others that affect the current graph)
28904 will cause a special buffer, @samp{*Gnuplot Commands*}, to be displayed
28905 in another window.  This buffer is a template of the commands that will
28906 be sent to GNUPLOT when it is time to draw the graph.  The first
28907 @kbd{g a} command adds a @code{plot} command to this buffer.  Succeeding
28908 @kbd{g a} commands add extra curves onto that @code{plot} command.
28909 Other graph-related commands put other GNUPLOT commands into this
28910 buffer.  In normal usage you never need to work with this buffer
28911 directly, but you can if you wish.  The only constraint is that there
28912 must be only one @code{plot} command, and it must be the last command
28913 in the buffer.  If you want to save and later restore a complete graph
28914 configuration, you can use regular Emacs commands to save and restore
28915 the contents of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28917 @vindex PlotData1
28918 @vindex PlotData2
28919 If the values on the stack are not variable names, @kbd{g a} will invent
28920 variable names for them (of the form @samp{PlotData@var{n}}) and store
28921 the values in those variables.  The ``x'' and ``y'' variables are what
28922 go into the @code{plot} command in the template.  If you add a curve
28923 that uses a certain variable and then later change that variable, you
28924 can replot the graph without having to delete and re-add the curve.
28925 That's because the variable name, not the vector, interval or formula
28926 itself, is what was added by @kbd{g a}.
28928 A numeric prefix argument on @kbd{g a} or @kbd{g f} changes the way
28929 stack entries are interpreted as curves.  With a positive prefix
28930 argument @expr{n}, the top @expr{n} stack entries are ``y'' values
28931 for @expr{n} different curves which share a common ``x'' value in
28932 the @expr{n+1}st stack entry.  (Thus @kbd{g a} with no prefix
28933 argument is equivalent to @kbd{C-u 1 g a}.)
28935 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} means to take two stack entries,
28936 ``x'' and ``y'' as usual, but to interpret ``y'' as a vector of
28937 ``y'' values for several curves that share a common ``x''.
28939 A negative prefix argument tells Calc to read @expr{n} vectors from
28940 the stack; each vector @expr{[x, y]} describes an independent curve.
28941 This is the only form of @kbd{g a} that creates several curves at once
28942 that don't have common ``x'' values.  (Of course, the range of ``x''
28943 values covered by all the curves ought to be roughly the same if
28944 they are to look nice on the same graph.)
28946 For example, to plot 
28947 @texline @math{\sin n x}
28948 @infoline @expr{sin(n x)} 
28949 for integers @expr{n}
28950 from 1 to 5, you could use @kbd{v x} to create a vector of integers
28951 (@expr{n}), then @kbd{V M '} or @kbd{V M $} to map @samp{sin(n x)}
28952 across this vector.  The resulting vector of formulas is suitable
28953 for use as the ``y'' argument to a @kbd{C-u g a} or @kbd{C-u g f}
28954 command.
28956 @kindex g A
28957 @pindex calc-graph-add-3d
28958 The @kbd{g A} (@code{calc-graph-add-3d}) command adds a 3D curve
28959 to the graph.  It is not valid to intermix 2D and 3D curves in a
28960 single graph.  This command takes three arguments, ``x'', ``y'',
28961 and ``z'', from the stack.  With a positive prefix @expr{n}, it
28962 takes @expr{n+2} arguments (common ``x'' and ``y'', plus @expr{n}
28963 separate ``z''s).  With a zero prefix, it takes three stack entries
28964 but the ``z'' entry is a vector of curve values.  With a negative
28965 prefix @expr{-n}, it takes @expr{n} vectors of the form @expr{[x, y, z]}.
28966 The @kbd{g A} command works by adding a @code{splot} (surface-plot)
28967 command to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28969 (Although @kbd{g a} adds a 2D @code{plot} command to the
28970 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer, Calc changes this to @code{splot}
28971 before sending it to GNUPLOT if it notices that the data points are
28972 evaluating to @code{xyz} calls.  It will not work to mix 2D and 3D
28973 @kbd{g a} curves in a single graph, although Calc does not currently
28974 check for this.)
28976 @kindex g d
28977 @pindex calc-graph-delete
28978 The @kbd{g d} (@code{calc-graph-delete}) command deletes the most
28979 recently added curve from the graph.  It has no effect if there are
28980 no curves in the graph.  With a numeric prefix argument of any kind,
28981 it deletes all of the curves from the graph.
28983 @kindex g H
28984 @pindex calc-graph-hide
28985 The @kbd{g H} (@code{calc-graph-hide}) command ``hides'' or ``unhides''
28986 the most recently added curve.  A hidden curve will not appear in
28987 the actual plot, but information about it such as its name and line and
28988 point styles will be retained.
28990 @kindex g j
28991 @pindex calc-graph-juggle
28992 The @kbd{g j} (@code{calc-graph-juggle}) command moves the curve
28993 at the end of the list (the ``most recently added curve'') to the
28994 front of the list.  The next-most-recent curve is thus exposed for
28995 @w{@kbd{g d}} or similar commands to use.  With @kbd{g j} you can work
28996 with any curve in the graph even though curve-related commands only
28997 affect the last curve in the list.
28999 @kindex g p
29000 @pindex calc-graph-plot
29001 The @kbd{g p} (@code{calc-graph-plot}) command uses GNUPLOT to draw
29002 the graph described in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Any
29003 GNUPLOT parameters which are not defined by commands in this buffer
29004 are reset to their default values.  The variables named in the @code{plot}
29005 command are written to a temporary data file and the variable names
29006 are then replaced by the file name in the template.  The resulting
29007 plotting commands are fed to the GNUPLOT program.  See the documentation
29008 for the GNUPLOT program for more specific information.  All temporary
29009 files are removed when Emacs or GNUPLOT exits.
29011 If you give a formula for ``y'', Calc will remember all the values that
29012 it calculates for the formula so that later plots can reuse these values.
29013 Calc throws out these saved values when you change any circumstances
29014 that may affect the data, such as switching from Degrees to Radians
29015 mode, or changing the value of a parameter in the formula.  You can
29016 force Calc to recompute the data from scratch by giving a negative
29017 numeric prefix argument to @kbd{g p}.
29019 Calc uses a fairly rough step size when graphing formulas over intervals.
29020 This is to ensure quick response.  You can ``refine'' a plot by giving
29021 a positive numeric prefix argument to @kbd{g p}.  Calc goes through
29022 the data points it has computed and saved from previous plots of the
29023 function, and computes and inserts a new data point midway between
29024 each of the existing points.  You can refine a plot any number of times,
29025 but beware that the amount of calculation involved doubles each time.
29027 Calc does not remember computed values for 3D graphs.  This means the
29028 numerix prefix argument, if any, to @kbd{g p} is effectively ignored if
29029 the current graph is three-dimensional.
29031 @kindex g P
29032 @pindex calc-graph-print
29033 The @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}) command is like @kbd{g p},
29034 except that it sends the output to a printer instead of to the
29035 screen.  More precisely, @kbd{g p} looks for @samp{set terminal}
29036 or @samp{set output} commands in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer;
29037 lacking these it uses the default settings.  However, @kbd{g P}
29038 ignores @samp{set terminal} and @samp{set output} commands and
29039 uses a different set of default values.  All of these values are
29040 controlled by the @kbd{g D} and @kbd{g O} commands discussed below.
29041 Provided everything is set up properly, @kbd{g p} will plot to
29042 the screen unless you have specified otherwise and @kbd{g P} will
29043 always plot to the printer.
29045 @node Graphics Options, Devices, Managing Curves, Graphics
29046 @section Graphics Options
29048 @noindent
29049 @kindex g g
29050 @pindex calc-graph-grid
29051 The @kbd{g g} (@code{calc-graph-grid}) command turns the ``grid''
29052 on and off.  It is off by default; tick marks appear only at the
29053 edges of the graph.  With the grid turned on, dotted lines appear
29054 across the graph at each tick mark.  Note that this command only
29055 changes the setting in @samp{*Gnuplot Commands*}; to see the effects
29056 of the change you must give another @kbd{g p} command.
29058 @kindex g b
29059 @pindex calc-graph-border
29060 The @kbd{g b} (@code{calc-graph-border}) command turns the border
29061 (the box that surrounds the graph) on and off.  It is on by default.
29062 This command will only work with GNUPLOT 3.0 and later versions.
29064 @kindex g k
29065 @pindex calc-graph-key
29066 The @kbd{g k} (@code{calc-graph-key}) command turns the ``key''
29067 on and off.  The key is a chart in the corner of the graph that
29068 shows the correspondence between curves and line styles.  It is
29069 off by default, and is only really useful if you have several
29070 curves on the same graph.
29072 @kindex g N
29073 @pindex calc-graph-num-points
29074 The @kbd{g N} (@code{calc-graph-num-points}) command allows you
29075 to select the number of data points in the graph.  This only affects
29076 curves where neither ``x'' nor ``y'' is specified as a vector.
29077 Enter a blank line to revert to the default value (initially 15).
29078 With no prefix argument, this command affects only the current graph.
29079 With a positive prefix argument this command changes or, if you enter
29080 a blank line, displays the default number of points used for all
29081 graphs created by @kbd{g a} that don't specify the resolution explicitly.
29082 With a negative prefix argument, this command changes or displays
29083 the default value (initially 5) used for 3D graphs created by @kbd{g A}.
29084 Note that a 3D setting of 5 means that a total of @expr{5^2 = 25} points
29085 will be computed for the surface.
29087 Data values in the graph of a function are normally computed to a
29088 precision of five digits, regardless of the current precision at the
29089 time. This is usually more than adequate, but there are cases where
29090 it will not be.  For example, plotting @expr{1 + x} with @expr{x} in the
29091 interval @samp{[0 ..@: 1e-6]} will round all the data points down
29092 to 1.0!  Putting the command @samp{set precision @var{n}} in the
29093 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer will cause the data to be computed
29094 at precision @var{n} instead of 5.  Since this is such a rare case,
29095 there is no keystroke-based command to set the precision.
29097 @kindex g h
29098 @pindex calc-graph-header
29099 The @kbd{g h} (@code{calc-graph-header}) command sets the title
29100 for the graph.  This will show up centered above the graph.
29101 The default title is blank (no title).
29103 @kindex g n
29104 @pindex calc-graph-name
29105 The @kbd{g n} (@code{calc-graph-name}) command sets the title of an
29106 individual curve.  Like the other curve-manipulating commands, it
29107 affects the most recently added curve, i.e., the last curve on the
29108 list in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  To set the title of
29109 the other curves you must first juggle them to the end of the list
29110 with @kbd{g j}, or edit the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer by hand.
29111 Curve titles appear in the key; if the key is turned off they are
29112 not used.
29114 @kindex g t
29115 @kindex g T
29116 @pindex calc-graph-title-x
29117 @pindex calc-graph-title-y
29118 The @kbd{g t} (@code{calc-graph-title-x}) and @kbd{g T}
29119 (@code{calc-graph-title-y}) commands set the titles on the ``x''
29120 and ``y'' axes, respectively.  These titles appear next to the
29121 tick marks on the left and bottom edges of the graph, respectively.
29122 Calc does not have commands to control the tick marks themselves,
29123 but you can edit them into the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer if
29124 you wish.  See the GNUPLOT documentation for details.
29126 @kindex g r
29127 @kindex g R
29128 @pindex calc-graph-range-x
29129 @pindex calc-graph-range-y
29130 The @kbd{g r} (@code{calc-graph-range-x}) and @kbd{g R}
29131 (@code{calc-graph-range-y}) commands set the range of values on the
29132 ``x'' and ``y'' axes, respectively.  You are prompted to enter a
29133 suitable range.  This should be either a pair of numbers of the
29134 form, @samp{@var{min}:@var{max}}, or a blank line to revert to the
29135 default behavior of setting the range based on the range of values
29136 in the data, or @samp{$} to take the range from the top of the stack.
29137 Ranges on the stack can be represented as either interval forms or
29138 vectors:  @samp{[@var{min} ..@: @var{max}]} or @samp{[@var{min}, @var{max}]}.
29140 @kindex g l
29141 @kindex g L
29142 @pindex calc-graph-log-x
29143 @pindex calc-graph-log-y
29144 The @kbd{g l} (@code{calc-graph-log-x}) and @kbd{g L} (@code{calc-graph-log-y})
29145 commands allow you to set either or both of the axes of the graph to
29146 be logarithmic instead of linear.
29148 @kindex g C-l
29149 @kindex g C-r
29150 @kindex g C-t
29151 @pindex calc-graph-log-z
29152 @pindex calc-graph-range-z
29153 @pindex calc-graph-title-z
29154 For 3D plots, @kbd{g C-t}, @kbd{g C-r}, and @kbd{g C-l} (those are
29155 letters with the Control key held down) are the corresponding commands
29156 for the ``z'' axis.
29158 @kindex g z
29159 @kindex g Z
29160 @pindex calc-graph-zero-x
29161 @pindex calc-graph-zero-y
29162 The @kbd{g z} (@code{calc-graph-zero-x}) and @kbd{g Z}
29163 (@code{calc-graph-zero-y}) commands control whether a dotted line is
29164 drawn to indicate the ``x'' and/or ``y'' zero axes.  (These are the same
29165 dotted lines that would be drawn there anyway if you used @kbd{g g} to
29166 turn the ``grid'' feature on.)  Zero-axis lines are on by default, and
29167 may be turned off only in GNUPLOT 3.0 and later versions.  They are
29168 not available for 3D plots.
29170 @kindex g s
29171 @pindex calc-graph-line-style
29172 The @kbd{g s} (@code{calc-graph-line-style}) command turns the connecting
29173 lines on or off for the most recently added curve, and optionally selects
29174 the style of lines to be used for that curve.  Plain @kbd{g s} simply
29175 toggles the lines on and off.  With a numeric prefix argument, @kbd{g s}
29176 turns lines on and sets a particular line style.  Line style numbers
29177 start at one and their meanings vary depending on the output device.
29178 GNUPLOT guarantees that there will be at least six different line styles
29179 available for any device.
29181 @kindex g S
29182 @pindex calc-graph-point-style
29183 The @kbd{g S} (@code{calc-graph-point-style}) command similarly turns
29184 the symbols at the data points on or off, or sets the point style.
29185 If you turn both lines and points off, the data points will show as
29186 tiny dots.
29188 @cindex @code{LineStyles} variable
29189 @cindex @code{PointStyles} variable
29190 @vindex LineStyles
29191 @vindex PointStyles
29192 Another way to specify curve styles is with the @code{LineStyles} and
29193 @code{PointStyles} variables.  These variables initially have no stored
29194 values, but if you store a vector of integers in one of these variables,
29195 the @kbd{g a} and @kbd{g f} commands will use those style numbers
29196 instead of the defaults for new curves that are added to the graph.
29197 An entry should be a positive integer for a specific style, or 0 to let
29198 the style be chosen automatically, or @mathit{-1} to turn off lines or points
29199 altogether.  If there are more curves than elements in the vector, the
29200 last few curves will continue to have the default styles.  Of course,
29201 you can later use @kbd{g s} and @kbd{g S} to change any of these styles.
29203 For example, @kbd{'[2 -1 3] @key{RET} s t LineStyles} causes the first curve
29204 to have lines in style number 2, the second curve to have no connecting
29205 lines, and the third curve to have lines in style 3.  Point styles will
29206 still be assigned automatically, but you could store another vector in
29207 @code{PointStyles} to define them, too.
29209 @node Devices, , Graphics Options, Graphics
29210 @section Graphical Devices
29212 @noindent
29213 @kindex g D
29214 @pindex calc-graph-device
29215 The @kbd{g D} (@code{calc-graph-device}) command sets the device name
29216 (or ``terminal name'' in GNUPLOT lingo) to be used by @kbd{g p} commands
29217 on this graph.  It does not affect the permanent default device name.
29218 If you enter a blank name, the device name reverts to the default.
29219 Enter @samp{?} to see a list of supported devices.
29221 With a positive numeric prefix argument, @kbd{g D} instead sets
29222 the default device name, used by all plots in the future which do
29223 not override it with a plain @kbd{g D} command.  If you enter a
29224 blank line this command shows you the current default.  The special
29225 name @code{default} signifies that Calc should choose @code{x11} if
29226 the X window system is in use (as indicated by the presence of a
29227 @code{DISPLAY} environment variable), or otherwise @code{dumb} under
29228 GNUPLOT 3.0 and later, or @code{postscript} under GNUPLOT 2.0.
29229 This is the initial default value.
29231 The @code{dumb} device is an interface to ``dumb terminals,'' i.e.,
29232 terminals with no special graphics facilities.  It writes a crude
29233 picture of the graph composed of characters like @code{-} and @code{|}
29234 to a buffer called @samp{*Gnuplot Trail*}, which Calc then displays.
29235 The graph is made the same size as the Emacs screen, which on most
29236 dumb terminals will be 
29237 @texline @math{80\times24}
29238 @infoline 80x24
29239 characters.  The graph is displayed in
29240 an Emacs ``recursive edit''; type @kbd{q} or @kbd{C-c C-c} to exit
29241 the recursive edit and return to Calc.  Note that the @code{dumb}
29242 device is present only in GNUPLOT 3.0 and later versions.
29244 The word @code{dumb} may be followed by two numbers separated by
29245 spaces.  These are the desired width and height of the graph in
29246 characters.  Also, the device name @code{big} is like @code{dumb}
29247 but creates a graph four times the width and height of the Emacs
29248 screen.  You will then have to scroll around to view the entire
29249 graph.  In the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer, @key{SPC}, @key{DEL},
29250 @kbd{<}, and @kbd{>} are defined to scroll by one screenful in each
29251 of the four directions.
29253 With a negative numeric prefix argument, @kbd{g D} sets or displays
29254 the device name used by @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}).  This
29255 is initially @code{postscript}.  If you don't have a PostScript
29256 printer, you may decide once again to use @code{dumb} to create a
29257 plot on any text-only printer.
29259 @kindex g O
29260 @pindex calc-graph-output
29261 The @kbd{g O} (@code{calc-graph-output}) command sets the name of
29262 the output file used by GNUPLOT.  For some devices, notably @code{x11},
29263 there is no output file and this information is not used.  Many other
29264 ``devices'' are really file formats like @code{postscript}; in these
29265 cases the output in the desired format goes into the file you name
29266 with @kbd{g O}.  Type @kbd{g O stdout @key{RET}} to set GNUPLOT to write
29267 to its standard output stream, i.e., to @samp{*Gnuplot Trail*}.
29268 This is the default setting.
29270 Another special output name is @code{tty}, which means that GNUPLOT
29271 is going to write graphics commands directly to its standard output,
29272 which you wish Emacs to pass through to your terminal.  Tektronix
29273 graphics terminals, among other devices, operate this way.  Calc does
29274 this by telling GNUPLOT to write to a temporary file, then running a
29275 sub-shell executing the command @samp{cat tempfile >/dev/tty}.  On
29276 typical Unix systems, this will copy the temporary file directly to
29277 the terminal, bypassing Emacs entirely.  You will have to type @kbd{C-l}
29278 to Emacs afterwards to refresh the screen.
29280 Once again, @kbd{g O} with a positive or negative prefix argument
29281 sets the default or printer output file names, respectively.  In each
29282 case you can specify @code{auto}, which causes Calc to invent a temporary
29283 file name for each @kbd{g p} (or @kbd{g P}) command.  This temporary file
29284 will be deleted once it has been displayed or printed.  If the output file
29285 name is not @code{auto}, the file is not automatically deleted.
29287 The default and printer devices and output files can be saved
29288 permanently by the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  The
29289 default number of data points (see @kbd{g N}) and the X geometry
29290 (see @kbd{g X}) are also saved.  Other graph information is @emph{not}
29291 saved; you can save a graph's configuration simply by saving the contents
29292 of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
29294 @vindex calc-gnuplot-plot-command
29295 @vindex calc-gnuplot-default-device
29296 @vindex calc-gnuplot-default-output
29297 @vindex calc-gnuplot-print-command
29298 @vindex calc-gnuplot-print-device
29299 @vindex calc-gnuplot-print-output
29300 You may wish to configure the default and
29301 printer devices and output files for the whole system.  The relevant
29302 Lisp variables are @code{calc-gnuplot-default-device} and @code{-output},
29303 and @code{calc-gnuplot-print-device} and @code{-output}.  The output
29304 file names must be either strings as described above, or Lisp
29305 expressions which are evaluated on the fly to get the output file names.
29307 Other important Lisp variables are @code{calc-gnuplot-plot-command} and
29308 @code{calc-gnuplot-print-command}, which give the system commands to
29309 display or print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
29310 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
29311 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
29312 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
29313 to display or print the output.  These variables are customizable
29314 (@pxref{Customizing Calc}).
29316 @kindex g x
29317 @pindex calc-graph-display
29318 The @kbd{g x} (@code{calc-graph-display}) command lets you specify
29319 on which X window system display your graphs should be drawn.  Enter
29320 a blank line to see the current display name.  This command has no
29321 effect unless the current device is @code{x11}.
29323 @kindex g X
29324 @pindex calc-graph-geometry
29325 The @kbd{g X} (@code{calc-graph-geometry}) command is a similar
29326 command for specifying the position and size of the X window.
29327 The normal value is @code{default}, which generally means your
29328 window manager will let you place the window interactively.
29329 Entering @samp{800x500+0+0} would create an 800-by-500 pixel
29330 window in the upper-left corner of the screen.
29332 The buffer called @samp{*Gnuplot Trail*} holds a transcript of the
29333 session with GNUPLOT.  This shows the commands Calc has ``typed'' to
29334 GNUPLOT and the responses it has received.  Calc tries to notice when an
29335 error message has appeared here and display the buffer for you when
29336 this happens.  You can check this buffer yourself if you suspect
29337 something has gone wrong.
29339 @kindex g C
29340 @pindex calc-graph-command
29341 The @kbd{g C} (@code{calc-graph-command}) command prompts you to
29342 enter any line of text, then simply sends that line to the current
29343 GNUPLOT process.  The @samp{*Gnuplot Trail*} buffer looks deceptively
29344 like a Shell buffer but you can't type commands in it yourself.
29345 Instead, you must use @kbd{g C} for this purpose.
29347 @kindex g v
29348 @kindex g V
29349 @pindex calc-graph-view-commands
29350 @pindex calc-graph-view-trail
29351 The @kbd{g v} (@code{calc-graph-view-commands}) and @kbd{g V}
29352 (@code{calc-graph-view-trail}) commands display the @samp{*Gnuplot Commands*}
29353 and @samp{*Gnuplot Trail*} buffers, respectively, in another window.
29354 This happens automatically when Calc thinks there is something you
29355 will want to see in either of these buffers.  If you type @kbd{g v}
29356 or @kbd{g V} when the relevant buffer is already displayed, the
29357 buffer is hidden again.
29359 One reason to use @kbd{g v} is to add your own commands to the
29360 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Press @kbd{g v}, then use
29361 @kbd{C-x o} to switch into that window.  For example, GNUPLOT has
29362 @samp{set label} and @samp{set arrow} commands that allow you to
29363 annotate your plots.  Since Calc doesn't understand these commands,
29364 you have to add them to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer
29365 yourself, then use @w{@kbd{g p}} to replot using these new commands.  Note
29366 that your commands must appear @emph{before} the @code{plot} command.
29367 To get help on any GNUPLOT feature, type, e.g., @kbd{g C help set label}.
29368 You may have to type @kbd{g C @key{RET}} a few times to clear the
29369 ``press return for more'' or ``subtopic of @dots{}'' requests.
29370 Note that Calc always sends commands (like @samp{set nolabel}) to
29371 reset all plotting parameters to the defaults before each plot, so
29372 to delete a label all you need to do is delete the @samp{set label}
29373 line you added (or comment it out with @samp{#}) and then replot
29374 with @kbd{g p}.
29376 @kindex g q
29377 @pindex calc-graph-quit
29378 You can use @kbd{g q} (@code{calc-graph-quit}) to kill the GNUPLOT
29379 process that is running.  The next graphing command you give will
29380 start a fresh GNUPLOT process.  The word @samp{Graph} appears in
29381 the Calc window's mode line whenever a GNUPLOT process is currently
29382 running.  The GNUPLOT process is automatically killed when you
29383 exit Emacs if you haven't killed it manually by then.
29385 @kindex g K
29386 @pindex calc-graph-kill
29387 The @kbd{g K} (@code{calc-graph-kill}) command is like @kbd{g q}
29388 except that it also views the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer so that
29389 you can see the process being killed.  This is better if you are
29390 killing GNUPLOT because you think it has gotten stuck.
29392 @node Kill and Yank, Keypad Mode, Graphics, Top
29393 @chapter Kill and Yank Functions
29395 @noindent
29396 The commands in this chapter move information between the Calculator and
29397 other Emacs editing buffers.
29399 In many cases Embedded mode is an easier and more natural way to
29400 work with Calc from a regular editing buffer.  @xref{Embedded Mode}.
29402 @menu
29403 * Killing From Stack::
29404 * Yanking Into Stack::
29405 * Grabbing From Buffers::
29406 * Yanking Into Buffers::
29407 * X Cut and Paste::
29408 @end menu
29410 @node Killing From Stack, Yanking Into Stack, Kill and Yank, Kill and Yank
29411 @section Killing from the Stack
29413 @noindent
29414 @kindex C-k
29415 @pindex calc-kill
29416 @kindex M-k
29417 @pindex calc-copy-as-kill
29418 @kindex C-w
29419 @pindex calc-kill-region
29420 @kindex M-w
29421 @pindex calc-copy-region-as-kill
29422 @cindex Kill ring
29423 @dfn{Kill} commands are Emacs commands that insert text into the
29424 ``kill ring,'' from which it can later be ``yanked'' by a @kbd{C-y}
29425 command.  Three common kill commands in normal Emacs are @kbd{C-k}, which
29426 kills one line, @kbd{C-w}, which kills the region between mark and point,
29427 and @kbd{M-w}, which puts the region into the kill ring without actually
29428 deleting it.  All of these commands work in the Calculator, too.  Also,
29429 @kbd{M-k} has been provided to complete the set; it puts the current line
29430 into the kill ring without deleting anything.
29432 The kill commands are unusual in that they pay attention to the location
29433 of the cursor in the Calculator buffer.  If the cursor is on or below the
29434 bottom line, the kill commands operate on the top of the stack.  Otherwise,
29435 they operate on whatever stack element the cursor is on.  Calc's kill
29436 commands always operate on whole stack entries.  (They act the same as their
29437 standard Emacs cousins except they ``round up'' the specified region to
29438 encompass full lines.)  The text is copied into the kill ring exactly as
29439 it appears on the screen, including line numbers if they are enabled.
29441 A numeric prefix argument to @kbd{C-k} or @kbd{M-k} affects the number
29442 of lines killed.  A positive argument kills the current line and @expr{n-1}
29443 lines below it.  A negative argument kills the @expr{-n} lines above the
29444 current line.  Again this mirrors the behavior of the standard Emacs
29445 @kbd{C-k} command.  Although a whole line is always deleted, @kbd{C-k}
29446 with no argument copies only the number itself into the kill ring, whereas
29447 @kbd{C-k} with a prefix argument of 1 copies the number with its trailing
29448 newline.
29450 @node Yanking Into Stack, Grabbing From Buffers, Killing From Stack, Kill and Yank
29451 @section Yanking into the Stack
29453 @noindent
29454 @kindex C-y
29455 @pindex calc-yank
29456 The @kbd{C-y} command yanks the most recently killed text back into the
29457 Calculator.  It pushes this value onto the top of the stack regardless of
29458 the cursor position.  In general it re-parses the killed text as a number
29459 or formula (or a list of these separated by commas or newlines).  However if
29460 the thing being yanked is something that was just killed from the Calculator
29461 itself, its full internal structure is yanked.  For example, if you have
29462 set the floating-point display mode to show only four significant digits,
29463 then killing and re-yanking 3.14159 (which displays as 3.142) will yank the
29464 full 3.14159, even though yanking it into any other buffer would yank the
29465 number in its displayed form, 3.142.  (Since the default display modes
29466 show all objects to their full precision, this feature normally makes no
29467 difference.)
29469 @node Grabbing From Buffers, Yanking Into Buffers, Yanking Into Stack, Kill and Yank
29470 @section Grabbing from Other Buffers
29472 @noindent
29473 @kindex C-x * g
29474 @pindex calc-grab-region
29475 The @kbd{C-x * g} (@code{calc-grab-region}) command takes the text between
29476 point and mark in the current buffer and attempts to parse it as a
29477 vector of values.  Basically, it wraps the text in vector brackets
29478 @samp{[ ]} unless the text already is enclosed in vector brackets,
29479 then reads the text as if it were an algebraic entry.  The contents
29480 of the vector may be numbers, formulas, or any other Calc objects.
29481 If the @kbd{C-x * g} command works successfully, it does an automatic
29482 @kbd{C-x * c} to enter the Calculator buffer.
29484 A numeric prefix argument grabs the specified number of lines around
29485 point, ignoring the mark.  A positive prefix grabs from point to the
29486 @expr{n}th following newline (so that @kbd{M-1 C-x * g} grabs from point
29487 to the end of the current line); a negative prefix grabs from point
29488 back to the @expr{n+1}st preceding newline.  In these cases the text
29489 that is grabbed is exactly the same as the text that @kbd{C-k} would
29490 delete given that prefix argument.
29492 A prefix of zero grabs the current line; point may be anywhere on the
29493 line.
29495 A plain @kbd{C-u} prefix interprets the region between point and mark
29496 as a single number or formula rather than a vector.  For example,
29497 @kbd{C-x * g} on the text @samp{2 a b} produces the vector of three
29498 values @samp{[2, a, b]}, but @kbd{C-u C-x * g} on the same region
29499 reads a formula which is a product of three things:  @samp{2 a b}.
29500 (The text @samp{a + b}, on the other hand, will be grabbed as a
29501 vector of one element by plain @kbd{C-x * g} because the interpretation
29502 @samp{[a, +, b]} would be a syntax error.)
29504 If a different language has been specified (@pxref{Language Modes}),
29505 the grabbed text will be interpreted according to that language.
29507 @kindex C-x * r
29508 @pindex calc-grab-rectangle
29509 The @kbd{C-x * r} (@code{calc-grab-rectangle}) command takes the text between
29510 point and mark and attempts to parse it as a matrix.  If point and mark
29511 are both in the leftmost column, the lines in between are parsed in their
29512 entirety.  Otherwise, point and mark define the corners of a rectangle
29513 whose contents are parsed.
29515 Each line of the grabbed area becomes a row of the matrix.  The result
29516 will actually be a vector of vectors, which Calc will treat as a matrix
29517 only if every row contains the same number of values.
29519 If a line contains a portion surrounded by square brackets (or curly
29520 braces), that portion is interpreted as a vector which becomes a row
29521 of the matrix.  Any text surrounding the bracketed portion on the line
29522 is ignored.
29524 Otherwise, the entire line is interpreted as a row vector as if it
29525 were surrounded by square brackets.  Leading line numbers (in the
29526 format used in the Calc stack buffer) are ignored.  If you wish to
29527 force this interpretation (even if the line contains bracketed
29528 portions), give a negative numeric prefix argument to the
29529 @kbd{C-x * r} command.
29531 If you give a numeric prefix argument of zero or plain @kbd{C-u}, each
29532 line is instead interpreted as a single formula which is converted into
29533 a one-element vector.  Thus the result of @kbd{C-u C-x * r} will be a
29534 one-column matrix.  For example, suppose one line of the data is the
29535 expression @samp{2 a}.  A plain @w{@kbd{C-x * r}} will interpret this as
29536 @samp{[2 a]}, which in turn is read as a two-element vector that forms
29537 one row of the matrix.  But a @kbd{C-u C-x * r} will interpret this row
29538 as @samp{[2*a]}.
29540 If you give a positive numeric prefix argument @var{n}, then each line
29541 will be split up into columns of width @var{n}; each column is parsed
29542 separately as a matrix element.  If a line contained
29543 @w{@samp{2 +/- 3 4 +/- 5}}, then grabbing with a prefix argument of 8
29544 would correctly split the line into two error forms.
29546 @xref{Matrix Functions}, to see how to pull the matrix apart into its
29547 constituent rows and columns.  (If it is a 
29548 @texline @math{1\times1}
29549 @infoline 1x1
29550 matrix, just hit @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) twice.)
29552 @kindex C-x * :
29553 @kindex C-x * _
29554 @pindex calc-grab-sum-across
29555 @pindex calc-grab-sum-down
29556 @cindex Summing rows and columns of data
29557 The @kbd{C-x * :} (@code{calc-grab-sum-down}) command is a handy way to
29558 grab a rectangle of data and sum its columns.  It is equivalent to
29559 typing @kbd{C-x * r}, followed by @kbd{V R : +} (the vector reduction
29560 command that sums the columns of a matrix; @pxref{Reducing}).  The
29561 result of the command will be a vector of numbers, one for each column
29562 in the input data.  The @kbd{C-x * _} (@code{calc-grab-sum-across}) command
29563 similarly grabs a rectangle and sums its rows by executing @w{@kbd{V R _ +}}.
29565 As well as being more convenient, @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are also
29566 much faster because they don't actually place the grabbed vector on
29567 the stack.  In a @kbd{C-x * r V R : +} sequence, formatting the vector
29568 for display on the stack takes a large fraction of the total time
29569 (unless you have planned ahead and used @kbd{v .} and @kbd{t .} modes).
29571 For example, suppose we have a column of numbers in a file which we
29572 wish to sum.  Go to one corner of the column and press @kbd{C-@@} to
29573 set the mark; go to the other corner and type @kbd{C-x * :}.  Since there
29574 is only one column, the result will be a vector of one number, the sum.
29575 (You can type @kbd{v u} to unpack this vector into a plain number if
29576 you want to do further arithmetic with it.)
29578 To compute the product of the column of numbers, we would have to do
29579 it ``by hand'' since there's no special grab-and-multiply command.
29580 Use @kbd{C-x * r} to grab the column of numbers into the calculator in
29581 the form of a column matrix.  The statistics command @kbd{u *} is a
29582 handy way to find the product of a vector or matrix of numbers.
29583 @xref{Statistical Operations}.  Another approach would be to use
29584 an explicit column reduction command, @kbd{V R : *}.
29586 @node Yanking Into Buffers, X Cut and Paste, Grabbing From Buffers, Kill and Yank
29587 @section Yanking into Other Buffers
29589 @noindent
29590 @kindex y
29591 @pindex calc-copy-to-buffer
29592 The plain @kbd{y} (@code{calc-copy-to-buffer}) command inserts the number
29593 at the top of the stack into the most recently used normal editing buffer.
29594 (More specifically, this is the most recently used buffer which is displayed
29595 in a window and whose name does not begin with @samp{*}.  If there is no
29596 such buffer, this is the most recently used buffer except for Calculator
29597 and Calc Trail buffers.)  The number is inserted exactly as it appears and
29598 without a newline.  (If line-numbering is enabled, the line number is
29599 normally not included.)  The number is @emph{not} removed from the stack.
29601 With a prefix argument, @kbd{y} inserts several numbers, one per line.
29602 A positive argument inserts the specified number of values from the top
29603 of the stack.  A negative argument inserts the @expr{n}th value from the
29604 top of the stack.  An argument of zero inserts the entire stack.  Note
29605 that @kbd{y} with an argument of 1 is slightly different from @kbd{y}
29606 with no argument; the former always copies full lines, whereas the
29607 latter strips off the trailing newline.
29609 With a lone @kbd{C-u} as a prefix argument, @kbd{y} @emph{replaces} the
29610 region in the other buffer with the yanked text, then quits the
29611 Calculator, leaving you in that buffer.  A typical use would be to use
29612 @kbd{C-x * g} to read a region of data into the Calculator, operate on the
29613 data to produce a new matrix, then type @kbd{C-u y} to replace the
29614 original data with the new data.  One might wish to alter the matrix
29615 display style (@pxref{Vector and Matrix Formats}) or change the current
29616 display language (@pxref{Language Modes}) before doing this.  Also, note
29617 that this command replaces a linear region of text (as grabbed by
29618 @kbd{C-x * g}), not a rectangle (as grabbed by @kbd{C-x * r}).
29620 If the editing buffer is in overwrite (as opposed to insert) mode,
29621 and the @kbd{C-u} prefix was not used, then the yanked number will
29622 overwrite the characters following point rather than being inserted
29623 before those characters.  The usual conventions of overwrite mode
29624 are observed; for example, characters will be inserted at the end of
29625 a line rather than overflowing onto the next line.  Yanking a multi-line
29626 object such as a matrix in overwrite mode overwrites the next @var{n}
29627 lines in the buffer, lengthening or shortening each line as necessary.
29628 Finally, if the thing being yanked is a simple integer or floating-point
29629 number (like @samp{-1.2345e-3}) and the characters following point also
29630 make up such a number, then Calc will replace that number with the new
29631 number, lengthening or shortening as necessary.  The concept of
29632 ``overwrite mode'' has thus been generalized from overwriting characters
29633 to overwriting one complete number with another.
29635 @kindex C-x * y
29636 The @kbd{C-x * y} key sequence is equivalent to @kbd{y} except that
29637 it can be typed anywhere, not just in Calc.  This provides an easy
29638 way to guarantee that Calc knows which editing buffer you want to use!
29640 @node X Cut and Paste, , Yanking Into Buffers, Kill and Yank
29641 @section X Cut and Paste
29643 @noindent
29644 If you are using Emacs with the X window system, there is an easier
29645 way to move small amounts of data into and out of the calculator:
29646 Use the mouse-oriented cut and paste facilities of X.
29648 The default bindings for a three-button mouse cause the left button
29649 to move the Emacs cursor to the given place, the right button to
29650 select the text between the cursor and the clicked location, and
29651 the middle button to yank the selection into the buffer at the
29652 clicked location.  So, if you have a Calc window and an editing
29653 window on your Emacs screen, you can use left-click/right-click
29654 to select a number, vector, or formula from one window, then
29655 middle-click to paste that value into the other window.  When you
29656 paste text into the Calc window, Calc interprets it as an algebraic
29657 entry.  It doesn't matter where you click in the Calc window; the
29658 new value is always pushed onto the top of the stack.
29660 The @code{xterm} program that is typically used for general-purpose
29661 shell windows in X interprets the mouse buttons in the same way.
29662 So you can use the mouse to move data between Calc and any other
29663 Unix program.  One nice feature of @code{xterm} is that a double
29664 left-click selects one word, and a triple left-click selects a
29665 whole line.  So you can usually transfer a single number into Calc
29666 just by double-clicking on it in the shell, then middle-clicking
29667 in the Calc window.
29669 @node Keypad Mode, Embedded Mode, Kill and Yank, Top
29670 @chapter Keypad Mode
29672 @noindent
29673 @kindex C-x * k
29674 @pindex calc-keypad
29675 The @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) command starts the Calculator
29676 and displays a picture of a calculator-style keypad.  If you are using
29677 the X window system, you can click on any of the ``keys'' in the
29678 keypad using the left mouse button to operate the calculator.
29679 The original window remains the selected window; in Keypad mode
29680 you can type in your file while simultaneously performing
29681 calculations with the mouse.
29683 @pindex full-calc-keypad
29684 If you have used @kbd{C-x * b} first, @kbd{C-x * k} instead invokes
29685 the @code{full-calc-keypad} command, which takes over the whole
29686 Emacs screen and displays the keypad, the Calc stack, and the Calc
29687 trail all at once.  This mode would normally be used when running
29688 Calc standalone (@pxref{Standalone Operation}).
29690 If you aren't using the X window system, you must switch into
29691 the @samp{*Calc Keypad*} window, place the cursor on the desired
29692 ``key,'' and type @key{SPC} or @key{RET}.  If you think this
29693 is easier than using Calc normally, go right ahead.
29695 Calc commands are more or less the same in Keypad mode.  Certain
29696 keypad keys differ slightly from the corresponding normal Calc
29697 keystrokes; all such deviations are described below.
29699 Keypad mode includes many more commands than will fit on the keypad
29700 at once.  Click the right mouse button [@code{calc-keypad-menu}]
29701 to switch to the next menu.  The bottom five rows of the keypad
29702 stay the same; the top three rows change to a new set of commands.
29703 To return to earlier menus, click the middle mouse button
29704 [@code{calc-keypad-menu-back}] or simply advance through the menus
29705 until you wrap around.  Typing @key{TAB} inside the keypad window
29706 is equivalent to clicking the right mouse button there.
29708 You can always click the @key{EXEC} button and type any normal
29709 Calc key sequence.  This is equivalent to switching into the
29710 Calc buffer, typing the keys, then switching back to your
29711 original buffer.
29713 @menu
29714 * Keypad Main Menu::
29715 * Keypad Functions Menu::
29716 * Keypad Binary Menu::
29717 * Keypad Vectors Menu::
29718 * Keypad Modes Menu::
29719 @end menu
29721 @node Keypad Main Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode, Keypad Mode
29722 @section Main Menu
29724 @smallexample
29725 @group
29726 |----+-----Calc 2.1------+----1
29727 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
29728 |----+----+----+----+----+----|
29729 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
29730 |----+----+----+----+----+----|
29731 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
29732 |----+----+----+----+----+----|
29733 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
29734 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
29735 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
29736 |-----+-----+-----+-----+-----|
29737 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
29738 |-----+-----+-----+-----+-----|
29739 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
29740 |-----+-----+-----+-----+-----|
29741 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
29742 |-----+-----+-----+-----+-----+
29743 @end group
29744 @end smallexample
29746 @noindent
29747 This is the menu that appears the first time you start Keypad mode.
29748 It will show up in a vertical window on the right side of your screen.
29749 Above this menu is the traditional Calc stack display.  On a 24-line
29750 screen you will be able to see the top three stack entries.
29752 The ten digit keys, decimal point, and @key{EEX} key are used for
29753 entering numbers in the obvious way.  @key{EEX} begins entry of an
29754 exponent in scientific notation.  Just as with regular Calc, the
29755 number is pushed onto the stack as soon as you press @key{ENTER}
29756 or any other function key.
29758 The @key{+/-} key corresponds to normal Calc's @kbd{n} key.  During
29759 numeric entry it changes the sign of the number or of the exponent.
29760 At other times it changes the sign of the number on the top of the
29761 stack.
29763 The @key{INV} and @key{HYP} keys modify other keys.  As well as
29764 having the effects described elsewhere in this manual, Keypad mode
29765 defines several other ``inverse'' operations.  These are described
29766 below and in the following sections.
29768 The @key{ENTER} key finishes the current numeric entry, or otherwise
29769 duplicates the top entry on the stack.
29771 The @key{UNDO} key undoes the most recent Calc operation.
29772 @kbd{INV UNDO} is the ``redo'' command, and @kbd{HYP UNDO} is
29773 ``last arguments'' (@kbd{M-@key{RET}}).
29775 The @key{<-} key acts as a ``backspace'' during numeric entry.
29776 At other times it removes the top stack entry.  @kbd{INV <-}
29777 clears the entire stack.  @kbd{HYP <-} takes an integer from
29778 the stack, then removes that many additional stack elements.
29780 The @key{EXEC} key prompts you to enter any keystroke sequence
29781 that would normally work in Calc mode.  This can include a
29782 numeric prefix if you wish.  It is also possible simply to
29783 switch into the Calc window and type commands in it; there is
29784 nothing ``magic'' about this window when Keypad mode is active.
29786 The other keys in this display perform their obvious calculator
29787 functions.  @key{CLN2} rounds the top-of-stack by temporarily
29788 reducing the precision by 2 digits.  @key{FLT} converts an
29789 integer or fraction on the top of the stack to floating-point.
29791 The @key{INV} and @key{HYP} keys combined with several of these keys
29792 give you access to some common functions even if the appropriate menu
29793 is not displayed.  Obviously you don't need to learn these keys
29794 unless you find yourself wasting time switching among the menus.
29796 @table @kbd
29797 @item INV +/-
29798 is the same as @key{1/x}.
29799 @item INV +
29800 is the same as @key{SQRT}.
29801 @item INV -
29802 is the same as @key{CONJ}.
29803 @item INV *
29804 is the same as @key{y^x}.
29805 @item INV /
29806 is the same as @key{INV y^x} (the @expr{x}th root of @expr{y}).
29807 @item HYP/INV 1
29808 are the same as @key{SIN} / @kbd{INV SIN}.
29809 @item HYP/INV 2
29810 are the same as @key{COS} / @kbd{INV COS}.
29811 @item HYP/INV 3
29812 are the same as @key{TAN} / @kbd{INV TAN}.
29813 @item INV/HYP 4
29814 are the same as @key{LN} / @kbd{HYP LN}.
29815 @item INV/HYP 5
29816 are the same as @key{EXP} / @kbd{HYP EXP}.
29817 @item INV 6
29818 is the same as @key{ABS}.
29819 @item INV 7
29820 is the same as @key{RND} (@code{calc-round}).
29821 @item INV 8
29822 is the same as @key{CLN2}.
29823 @item INV 9
29824 is the same as @key{FLT} (@code{calc-float}).
29825 @item INV 0
29826 is the same as @key{IMAG}.
29827 @item INV .
29828 is the same as @key{PREC}.
29829 @item INV ENTER
29830 is the same as @key{SWAP}.
29831 @item HYP ENTER
29832 is the same as @key{RLL3}.
29833 @item INV HYP ENTER
29834 is the same as @key{OVER}.
29835 @item HYP +/-
29836 packs the top two stack entries as an error form.
29837 @item HYP EEX
29838 packs the top two stack entries as a modulo form.
29839 @item INV EEX
29840 creates an interval form; this removes an integer which is one
29841 of 0 @samp{[]}, 1 @samp{[)}, 2 @samp{(]} or 3 @samp{()}, followed
29842 by the two limits of the interval.
29843 @end table
29845 The @kbd{OFF} key turns Calc off; typing @kbd{C-x * k} or @kbd{C-x * *}
29846 again has the same effect.  This is analogous to typing @kbd{q} or
29847 hitting @kbd{C-x * c} again in the normal calculator.  If Calc is
29848 running standalone (the @code{full-calc-keypad} command appeared in the
29849 command line that started Emacs), then @kbd{OFF} is replaced with
29850 @kbd{EXIT}; clicking on this actually exits Emacs itself.
29852 @node Keypad Functions Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Main Menu, Keypad Mode
29853 @section Functions Menu
29855 @smallexample
29856 @group
29857 |----+----+----+----+----+----2
29858 |IGAM|BETA|IBET|ERF |BESJ|BESY|
29859 |----+----+----+----+----+----|
29860 |IMAG|CONJ| RE |ATN2|RAND|RAGN|
29861 |----+----+----+----+----+----|
29862 |GCD |FACT|DFCT|BNOM|PERM|NXTP|
29863 |----+----+----+----+----+----|
29864 @end group
29865 @end smallexample
29867 @noindent
29868 This menu provides various operations from the @kbd{f} and @kbd{k}
29869 prefix keys.
29871 @key{IMAG} multiplies the number on the stack by the imaginary
29872 number @expr{i = (0, 1)}.
29874 @key{RE} extracts the real part a complex number.  @kbd{INV RE}
29875 extracts the imaginary part.
29877 @key{RAND} takes a number from the top of the stack and computes
29878 a random number greater than or equal to zero but less than that
29879 number.  (@xref{Random Numbers}.)  @key{RAGN} is the ``random
29880 again'' command; it computes another random number using the
29881 same limit as last time.
29883 @key{INV GCD} computes the LCM (least common multiple) function.
29885 @key{INV FACT} is the gamma function.  
29886 @texline @math{\Gamma(x) = (x-1)!}.
29887 @infoline @expr{gamma(x) = (x-1)!}.
29889 @key{PERM} is the number-of-permutations function, which is on the
29890 @kbd{H k c} key in normal Calc.
29892 @key{NXTP} finds the next prime after a number.  @kbd{INV NXTP}
29893 finds the previous prime.
29895 @node Keypad Binary Menu, Keypad Vectors Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode
29896 @section Binary Menu
29898 @smallexample
29899 @group
29900 |----+----+----+----+----+----3
29901 |AND | OR |XOR |NOT |LSH |RSH |
29902 |----+----+----+----+----+----|
29903 |DEC |HEX |OCT |BIN |WSIZ|ARSH|
29904 |----+----+----+----+----+----|
29905 | A  | B  | C  | D  | E  | F  |
29906 |----+----+----+----+----+----|
29907 @end group
29908 @end smallexample
29910 @noindent
29911 The keys in this menu perform operations on binary integers.
29912 Note that both logical and arithmetic right-shifts are provided.
29913 @key{INV LSH} rotates one bit to the left.
29915 The ``difference'' function (normally on @kbd{b d}) is on @key{INV AND}.
29916 The ``clip'' function (normally on @w{@kbd{b c}}) is on @key{INV NOT}.
29918 The @key{DEC}, @key{HEX}, @key{OCT}, and @key{BIN} keys select the
29919 current radix for display and entry of numbers:  Decimal, hexadecimal,
29920 octal, or binary.  The six letter keys @key{A} through @key{F} are used
29921 for entering hexadecimal numbers.
29923 The @key{WSIZ} key displays the current word size for binary operations
29924 and allows you to enter a new word size.  You can respond to the prompt
29925 using either the keyboard or the digits and @key{ENTER} from the keypad.
29926 The initial word size is 32 bits.
29928 @node Keypad Vectors Menu, Keypad Modes Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Mode
29929 @section Vectors Menu
29931 @smallexample
29932 @group
29933 |----+----+----+----+----+----4
29934 |SUM |PROD|MAX |MAP*|MAP^|MAP$|
29935 |----+----+----+----+----+----|
29936 |MINV|MDET|MTRN|IDNT|CRSS|"x" |
29937 |----+----+----+----+----+----|
29938 |PACK|UNPK|INDX|BLD |LEN |... |
29939 |----+----+----+----+----+----|
29940 @end group
29941 @end smallexample
29943 @noindent
29944 The keys in this menu operate on vectors and matrices.
29946 @key{PACK} removes an integer @var{n} from the top of the stack;
29947 the next @var{n} stack elements are removed and packed into a vector,
29948 which is replaced onto the stack.  Thus the sequence
29949 @kbd{1 ENTER 3 ENTER 5 ENTER 3 PACK} enters the vector
29950 @samp{[1, 3, 5]} onto the stack.  To enter a matrix, build each row
29951 on the stack as a vector, then use a final @key{PACK} to collect the
29952 rows into a matrix.
29954 @key{UNPK} unpacks the vector on the stack, pushing each of its
29955 components separately.
29957 @key{INDX} removes an integer @var{n}, then builds a vector of
29958 integers from 1 to @var{n}.  @kbd{INV INDX} takes three numbers
29959 from the stack:  The vector size @var{n}, the starting number,
29960 and the increment.  @kbd{BLD} takes an integer @var{n} and any
29961 value @var{x} and builds a vector of @var{n} copies of @var{x}.
29963 @key{IDNT} removes an integer @var{n}, then builds an @var{n}-by-@var{n}
29964 identity matrix.
29966 @key{LEN} replaces a vector by its length, an integer.
29968 @key{...} turns on or off ``abbreviated'' display mode for large vectors.
29970 @key{MINV}, @key{MDET}, @key{MTRN}, and @key{CROSS} are the matrix
29971 inverse, determinant, and transpose, and vector cross product.
29973 @key{SUM} replaces a vector by the sum of its elements.  It is
29974 equivalent to @kbd{u +} in normal Calc (@pxref{Statistical Operations}).
29975 @key{PROD} computes the product of the elements of a vector, and
29976 @key{MAX} computes the maximum of all the elements of a vector.
29978 @key{INV SUM} computes the alternating sum of the first element
29979 minus the second, plus the third, minus the fourth, and so on.
29980 @key{INV MAX} computes the minimum of the vector elements.
29982 @key{HYP SUM} computes the mean of the vector elements.
29983 @key{HYP PROD} computes the sample standard deviation.
29984 @key{HYP MAX} computes the median.
29986 @key{MAP*} multiplies two vectors elementwise.  It is equivalent
29987 to the @kbd{V M *} command.  @key{MAP^} computes powers elementwise.
29988 The arguments must be vectors of equal length, or one must be a vector
29989 and the other must be a plain number.  For example, @kbd{2 MAP^} squares
29990 all the elements of a vector.
29992 @key{MAP$} maps the formula on the top of the stack across the
29993 vector in the second-to-top position.  If the formula contains
29994 several variables, Calc takes that many vectors starting at the
29995 second-to-top position and matches them to the variables in
29996 alphabetical order.  The result is a vector of the same size as
29997 the input vectors, whose elements are the formula evaluated with
29998 the variables set to the various sets of numbers in those vectors.
29999 For example, you could simulate @key{MAP^} using @key{MAP$} with
30000 the formula @samp{x^y}.
30002 The @kbd{"x"} key pushes the variable name @expr{x} onto the
30003 stack.  To build the formula @expr{x^2 + 6}, you would use the
30004 key sequence @kbd{"x" 2 y^x 6 +}.  This formula would then be
30005 suitable for use with the @key{MAP$} key described above.
30006 With @key{INV}, @key{HYP}, or @key{INV} and @key{HYP}, the
30007 @kbd{"x"} key pushes the variable names @expr{y}, @expr{z}, and
30008 @expr{t}, respectively.
30010 @node Keypad Modes Menu, , Keypad Vectors Menu, Keypad Mode
30011 @section Modes Menu
30013 @smallexample
30014 @group
30015 |----+----+----+----+----+----5
30016 |FLT |FIX |SCI |ENG |GRP |    |
30017 |----+----+----+----+----+----|
30018 |RAD |DEG |FRAC|POLR|SYMB|PREC|
30019 |----+----+----+----+----+----|
30020 |SWAP|RLL3|RLL4|OVER|STO |RCL |
30021 |----+----+----+----+----+----|
30022 @end group
30023 @end smallexample
30025 @noindent
30026 The keys in this menu manipulate modes, variables, and the stack.
30028 The @key{FLT}, @key{FIX}, @key{SCI}, and @key{ENG} keys select
30029 floating-point, fixed-point, scientific, or engineering notation.
30030 @key{FIX} displays two digits after the decimal by default; the
30031 others display full precision.  With the @key{INV} prefix, these
30032 keys pop a number-of-digits argument from the stack.
30034 The @key{GRP} key turns grouping of digits with commas on or off.
30035 @kbd{INV GRP} enables grouping to the right of the decimal point as
30036 well as to the left.
30038 The @key{RAD} and @key{DEG} keys switch between radians and degrees
30039 for trigonometric functions.
30041 The @key{FRAC} key turns Fraction mode on or off.  This affects
30042 whether commands like @kbd{/} with integer arguments produce
30043 fractional or floating-point results.
30045 The @key{POLR} key turns Polar mode on or off, determining whether
30046 polar or rectangular complex numbers are used by default.
30048 The @key{SYMB} key turns Symbolic mode on or off, in which
30049 operations that would produce inexact floating-point results
30050 are left unevaluated as algebraic formulas.
30052 The @key{PREC} key selects the current precision.  Answer with
30053 the keyboard or with the keypad digit and @key{ENTER} keys.
30055 The @key{SWAP} key exchanges the top two stack elements.
30056 The @key{RLL3} key rotates the top three stack elements upwards.
30057 The @key{RLL4} key rotates the top four stack elements upwards.
30058 The @key{OVER} key duplicates the second-to-top stack element.
30060 The @key{STO} and @key{RCL} keys are analogous to @kbd{s t} and
30061 @kbd{s r} in regular Calc.  @xref{Store and Recall}.  Click the
30062 @key{STO} or @key{RCL} key, then one of the ten digits.  (Named
30063 variables are not available in Keypad mode.)  You can also use,
30064 for example, @kbd{STO + 3} to add to register 3.
30066 @node Embedded Mode, Programming, Keypad Mode, Top
30067 @chapter Embedded Mode
30069 @noindent
30070 Embedded mode in Calc provides an alternative to copying numbers
30071 and formulas back and forth between editing buffers and the Calc
30072 stack.  In Embedded mode, your editing buffer becomes temporarily
30073 linked to the stack and this copying is taken care of automatically.
30075 @menu
30076 * Basic Embedded Mode::
30077 * More About Embedded Mode::
30078 * Assignments in Embedded Mode::
30079 * Mode Settings in Embedded Mode::
30080 * Customizing Embedded Mode::
30081 @end menu
30083 @node Basic Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode, Embedded Mode
30084 @section Basic Embedded Mode
30086 @noindent
30087 @kindex C-x * e
30088 @pindex calc-embedded
30089 To enter Embedded mode, position the Emacs point (cursor) on a
30090 formula in any buffer and press @kbd{C-x * e} (@code{calc-embedded}).
30091 Note that @kbd{C-x * e} is not to be used in the Calc stack buffer
30092 like most Calc commands, but rather in regular editing buffers that
30093 are visiting your own files.
30095 Calc will try to guess an appropriate language based on the major mode
30096 of the editing buffer. (@xref{Language Modes}.) If the current buffer is
30097 in @code{latex-mode}, for example, Calc will set its language to La@TeX{}.
30098 Similarly, Calc will use @TeX{} language for @code{tex-mode},
30099 @code{plain-tex-mode} and @code{context-mode}, C language for
30100 @code{c-mode} and @code{c++-mode}, FORTRAN language for
30101 @code{fortran-mode} and @code{f90-mode}, Pascal for @code{pascal-mode},
30102 and eqn for @code{nroff-mode} (@pxref{Customizing Calc}).  
30103 These can be overridden with Calc's mode
30104 changing commands (@pxref{Mode Settings in Embedded Mode}).  If no
30105 suitable language is available, Calc will continue with its current language.
30107 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
30108 nearest opening and closing @dfn{formula delimiters}.  The simplest
30109 delimiters are blank lines.  Other delimiters that Embedded mode
30110 understands are:
30112 @enumerate
30113 @item
30114 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
30115 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
30116 @item
30117 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
30118 @item
30119 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
30120 @item
30121 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
30122 @item
30123 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
30124 @end enumerate
30126 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to make Calc recognize
30127 your own favorite delimiters.  Delimiters like @samp{$ $} can appear
30128 on their own separate lines or in-line with the formula.
30130 If you give a positive or negative numeric prefix argument, Calc
30131 instead uses the current point as one end of the formula, and includes
30132 that many lines forward or backward (respectively, including the current
30133 line). Explicit delimiters are not necessary in this case.
30135 With a prefix argument of zero, Calc uses the current region (delimited
30136 by point and mark) instead of formula delimiters.  With a prefix
30137 argument of @kbd{C-u} only, Calc uses the current line as the formula.
30139 @kindex C-x * w
30140 @pindex calc-embedded-word
30141 The @kbd{C-x * w} (@code{calc-embedded-word}) command will start Embedded
30142 mode on the current ``word''; in this case Calc will scan for the first
30143 non-numeric character (i.e., the first character that is not a digit,
30144 sign, decimal point, or upper- or lower-case @samp{e}) forward and
30145 backward to delimit the formula.
30147 When you enable Embedded mode for a formula, Calc reads the text
30148 between the delimiters and tries to interpret it as a Calc formula.
30149 Calc can generally identify @TeX{} formulas and
30150 Big-style formulas even if the language mode is wrong.  If Calc
30151 can't make sense of the formula, it beeps and refuses to enter
30152 Embedded mode.  But if the current language is wrong, Calc can
30153 sometimes parse the formula successfully (but incorrectly);
30154 for example, the C expression @samp{atan(a[1])} can be parsed
30155 in Normal language mode, but the @code{atan} won't correspond to
30156 the built-in @code{arctan} function, and the @samp{a[1]} will be
30157 interpreted as @samp{a} times the vector @samp{[1]}!
30159 If you press @kbd{C-x * e} or @kbd{C-x * w} to activate an embedded
30160 formula which is blank, say with the cursor on the space between
30161 the two delimiters @samp{$ $}, Calc will immediately prompt for
30162 an algebraic entry.
30164 Only one formula in one buffer can be enabled at a time.  If you
30165 move to another area of the current buffer and give Calc commands,
30166 Calc turns Embedded mode off for the old formula and then tries
30167 to restart Embedded mode at the new position.  Other buffers are
30168 not affected by Embedded mode.
30170 When Embedded mode begins, Calc pushes the current formula onto
30171 the stack.  No Calc stack window is created; however, Calc copies
30172 the top-of-stack position into the original buffer at all times.
30173 You can create a Calc window by hand with @kbd{C-x * o} if you
30174 find you need to see the entire stack.
30176 For example, typing @kbd{C-x * e} while somewhere in the formula
30177 @samp{n>2} in the following line enables Embedded mode on that
30178 inequality:
30180 @example
30181 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n>2$.
30182 @end example
30184 @noindent
30185 The formula @expr{n>2} will be pushed onto the Calc stack, and
30186 the top of stack will be copied back into the editing buffer.
30187 This means that spaces will appear around the @samp{>} symbol
30188 to match Calc's usual display style:
30190 @example
30191 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n > 2$.
30192 @end example
30194 @noindent
30195 No spaces have appeared around the @samp{+} sign because it's
30196 in a different formula, one which we have not yet touched with
30197 Embedded mode.
30199 Now that Embedded mode is enabled, keys you type in this buffer
30200 are interpreted as Calc commands.  At this point we might use
30201 the ``commute'' command @kbd{j C} to reverse the inequality.
30202 This is a selection-based command for which we first need to
30203 move the cursor onto the operator (@samp{>} in this case) that
30204 needs to be commuted.
30206 @example
30207 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $2 < n$.
30208 @end example
30210 The @kbd{C-x * o} command is a useful way to open a Calc window
30211 without actually selecting that window.  Giving this command
30212 verifies that @samp{2 < n} is also on the Calc stack.  Typing
30213 @kbd{17 @key{RET}} would produce:
30215 @example
30216 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $17$.
30217 @end example
30219 @noindent
30220 with @samp{2 < n} and @samp{17} on the stack; typing @key{TAB}
30221 at this point will exchange the two stack values and restore
30222 @samp{2 < n} to the embedded formula.  Even though you can't
30223 normally see the stack in Embedded mode, it is still there and
30224 it still operates in the same way.  But, as with old-fashioned
30225 RPN calculators, you can only see the value at the top of the
30226 stack at any given time (unless you use @kbd{C-x * o}).
30228 Typing @kbd{C-x * e} again turns Embedded mode off.  The Calc
30229 window reveals that the formula @w{@samp{2 < n}} is automatically
30230 removed from the stack, but the @samp{17} is not.  Entering
30231 Embedded mode always pushes one thing onto the stack, and
30232 leaving Embedded mode always removes one thing.  Anything else
30233 that happens on the stack is entirely your business as far as
30234 Embedded mode is concerned.
30236 If you press @kbd{C-x * e} in the wrong place by accident, it is
30237 possible that Calc will be able to parse the nearby text as a
30238 formula and will mangle that text in an attempt to redisplay it
30239 ``properly'' in the current language mode.  If this happens,
30240 press @kbd{C-x * e} again to exit Embedded mode, then give the
30241 regular Emacs ``undo'' command (@kbd{C-_} or @kbd{C-x u}) to put
30242 the text back the way it was before Calc edited it.  Note that Calc's
30243 own Undo command (typed before you turn Embedded mode back off)
30244 will not do you any good, because as far as Calc is concerned
30245 you haven't done anything with this formula yet.
30247 @node More About Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Basic Embedded Mode, Embedded Mode
30248 @section More About Embedded Mode
30250 @noindent
30251 When Embedded mode ``activates'' a formula, i.e., when it examines
30252 the formula for the first time since the buffer was created or
30253 loaded, Calc tries to sense the language in which the formula was
30254 written.  If the formula contains any La@TeX{}-like @samp{\} sequences,
30255 it is parsed (i.e., read) in La@TeX{} mode.  If the formula appears to
30256 be written in multi-line Big mode, it is parsed in Big mode.  Otherwise,
30257 it is parsed according to the current language mode.
30259 Note that Calc does not change the current language mode according
30260 the formula it reads in.  Even though it can read a La@TeX{} formula when
30261 not in La@TeX{} mode, it will immediately rewrite this formula using
30262 whatever language mode is in effect.
30264 @tex
30265 \bigskip
30266 @end tex
30268 @kindex d p
30269 @pindex calc-show-plain
30270 Calc's parser is unable to read certain kinds of formulas.  For
30271 example, with @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) you can
30272 specify matrix display styles which the parser is unable to
30273 recognize as matrices.  The @kbd{d p} (@code{calc-show-plain})
30274 command turns on a mode in which a ``plain'' version of a
30275 formula is placed in front of the fully-formatted version.
30276 When Calc reads a formula that has such a plain version in
30277 front, it reads the plain version and ignores the formatted
30278 version.
30280 Plain formulas are preceded and followed by @samp{%%%} signs
30281 by default.  This notation has the advantage that the @samp{%}
30282 character begins a comment in @TeX{} and La@TeX{}, so if your formula is 
30283 embedded in a @TeX{} or La@TeX{} document its plain version will be
30284 invisible in the final printed copy.  Certain major modes have different
30285 delimiters to ensure that the ``plain'' version will be 
30286 in a comment for those modes, also.  
30287 See @ref{Customizing Embedded Mode} to see how to change the ``plain''
30288 formula delimiters. 
30290 There are several notations which Calc's parser for ``big''
30291 formatted formulas can't yet recognize.  In particular, it can't
30292 read the large symbols for @code{sum}, @code{prod}, and @code{integ},
30293 and it can't handle @samp{=>} with the righthand argument omitted.
30294 Also, Calc won't recognize special formats you have defined with
30295 the @kbd{Z C} command (@pxref{User-Defined Compositions}).  In
30296 these cases it is important to use ``plain'' mode to make sure
30297 Calc will be able to read your formula later.
30299 Another example where ``plain'' mode is important is if you have
30300 specified a float mode with few digits of precision.  Normally
30301 any digits that are computed but not displayed will simply be
30302 lost when you save and re-load your embedded buffer, but ``plain''
30303 mode allows you to make sure that the complete number is present
30304 in the file as well as the rounded-down number.
30306 @tex
30307 \bigskip
30308 @end tex
30310 Embedded buffers remember active formulas for as long as they
30311 exist in Emacs memory.  Suppose you have an embedded formula
30312 which is @cpi{} to the normal 12 decimal places, and then
30313 type @w{@kbd{C-u 5 d n}} to display only five decimal places.
30314 If you then type @kbd{d n}, all 12 places reappear because the
30315 full number is still there on the Calc stack.  More surprisingly,
30316 even if you exit Embedded mode and later re-enter it for that
30317 formula, typing @kbd{d n} will restore all 12 places because
30318 each buffer remembers all its active formulas.  However, if you
30319 save the buffer in a file and reload it in a new Emacs session,
30320 all non-displayed digits will have been lost unless you used
30321 ``plain'' mode.
30323 @tex
30324 \bigskip
30325 @end tex
30327 In some applications of Embedded mode, you will want to have a
30328 sequence of copies of a formula that show its evolution as you
30329 work on it.  For example, you might want to have a sequence
30330 like this in your file (elaborating here on the example from
30331 the ``Getting Started'' chapter):
30333 @smallexample
30334 The derivative of
30336                               ln(ln(x))
30340                   @r{(the derivative of }ln(ln(x))@r{)}
30342 whose value at x = 2 is
30344                             @r{(the value)}
30346 and at x = 3 is
30348                             @r{(the value)}
30349 @end smallexample
30351 @kindex C-x * d
30352 @pindex calc-embedded-duplicate
30353 The @kbd{C-x * d} (@code{calc-embedded-duplicate}) command is a
30354 handy way to make sequences like this.  If you type @kbd{C-x * d},
30355 the formula under the cursor (which may or may not have Embedded
30356 mode enabled for it at the time) is copied immediately below and
30357 Embedded mode is then enabled for that copy.
30359 For this example, you would start with just
30361 @smallexample
30362 The derivative of
30364                               ln(ln(x))
30365 @end smallexample
30367 @noindent
30368 and press @kbd{C-x * d} with the cursor on this formula.  The result
30371 @smallexample
30372 The derivative of
30374                               ln(ln(x))
30377                               ln(ln(x))
30378 @end smallexample
30380 @noindent
30381 with the second copy of the formula enabled in Embedded mode.
30382 You can now press @kbd{a d x @key{RET}} to take the derivative, and
30383 @kbd{C-x * d C-x * d} to make two more copies of the derivative.
30384 To complete the computations, type @kbd{3 s l x @key{RET}} to evaluate
30385 the last formula, then move up to the second-to-last formula
30386 and type @kbd{2 s l x @key{RET}}.
30388 Finally, you would want to press @kbd{C-x * e} to exit Embedded
30389 mode, then go up and insert the necessary text in between the
30390 various formulas and numbers.
30392 @tex
30393 \bigskip
30394 @end tex
30396 @kindex C-x * f
30397 @kindex C-x * '
30398 @pindex calc-embedded-new-formula
30399 The @kbd{C-x * f} (@code{calc-embedded-new-formula}) command
30400 creates a new embedded formula at the current point.  It inserts
30401 some default delimiters, which are usually just blank lines,
30402 and then does an algebraic entry to get the formula (which is
30403 then enabled for Embedded mode).  This is just shorthand for
30404 typing the delimiters yourself, positioning the cursor between
30405 the new delimiters, and pressing @kbd{C-x * e}.  The key sequence
30406 @kbd{C-x * '} is equivalent to @kbd{C-x * f}.
30408 @kindex C-x * n
30409 @kindex C-x * p
30410 @pindex calc-embedded-next
30411 @pindex calc-embedded-previous
30412 The @kbd{C-x * n} (@code{calc-embedded-next}) and @kbd{C-x * p}
30413 (@code{calc-embedded-previous}) commands move the cursor to the
30414 next or previous active embedded formula in the buffer.  They
30415 can take positive or negative prefix arguments to move by several
30416 formulas.  Note that these commands do not actually examine the
30417 text of the buffer looking for formulas; they only see formulas
30418 which have previously been activated in Embedded mode.  In fact,
30419 @kbd{C-x * n} and @kbd{C-x * p} are a useful way to tell which
30420 embedded formulas are currently active.  Also, note that these
30421 commands do not enable Embedded mode on the next or previous
30422 formula, they just move the cursor.
30424 @kindex C-x * `
30425 @pindex calc-embedded-edit
30426 The @kbd{C-x * `} (@code{calc-embedded-edit}) command edits the
30427 embedded formula at the current point as if by @kbd{`} (@code{calc-edit}).
30428 Embedded mode does not have to be enabled for this to work.  Press
30429 @kbd{C-c C-c} to finish the edit, or @kbd{C-x k} to cancel.
30431 @node Assignments in Embedded Mode, Mode Settings in Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode
30432 @section Assignments in Embedded Mode
30434 @noindent
30435 The @samp{:=} (assignment) and @samp{=>} (``evaluates-to'') operators
30436 are especially useful in Embedded mode.  They allow you to make
30437 a definition in one formula, then refer to that definition in
30438 other formulas embedded in the same buffer.
30440 An embedded formula which is an assignment to a variable, as in
30442 @example
30443 foo := 5
30444 @end example
30446 @noindent
30447 records @expr{5} as the stored value of @code{foo} for the
30448 purposes of Embedded mode operations in the current buffer.  It
30449 does @emph{not} actually store @expr{5} as the ``global'' value
30450 of @code{foo}, however.  Regular Calc operations, and Embedded
30451 formulas in other buffers, will not see this assignment.
30453 One way to use this assigned value is simply to create an
30454 Embedded formula elsewhere that refers to @code{foo}, and to press
30455 @kbd{=} in that formula.  However, this permanently replaces the
30456 @code{foo} in the formula with its current value.  More interesting
30457 is to use @samp{=>} elsewhere:
30459 @example
30460 foo + 7 => 12
30461 @end example
30463 @xref{Evaluates-To Operator}, for a general discussion of @samp{=>}.
30465 If you move back and change the assignment to @code{foo}, any
30466 @samp{=>} formulas which refer to it are automatically updated.
30468 @example
30469 foo := 17
30471 foo + 7 => 24
30472 @end example
30474 The obvious question then is, @emph{how} can one easily change the
30475 assignment to @code{foo}?  If you simply select the formula in
30476 Embedded mode and type 17, the assignment itself will be replaced
30477 by the 17.  The effect on the other formula will be that the
30478 variable @code{foo} becomes unassigned:
30480 @example
30483 foo + 7 => foo + 7
30484 @end example
30486 The right thing to do is first to use a selection command (@kbd{j 2}
30487 will do the trick) to select the righthand side of the assignment.
30488 Then, @kbd{17 @key{TAB} @key{DEL}} will swap the 17 into place (@pxref{Selecting
30489 Subformulas}, to see how this works).
30491 @kindex C-x * j
30492 @pindex calc-embedded-select
30493 The @kbd{C-x * j} (@code{calc-embedded-select}) command provides an
30494 easy way to operate on assignments.  It is just like @kbd{C-x * e},
30495 except that if the enabled formula is an assignment, it uses
30496 @kbd{j 2} to select the righthand side.  If the enabled formula
30497 is an evaluates-to, it uses @kbd{j 1} to select the lefthand side.
30498 A formula can also be a combination of both:
30500 @example
30501 bar := foo + 3 => 20
30502 @end example
30504 @noindent
30505 in which case @kbd{C-x * j} will select the middle part (@samp{foo + 3}).
30507 The formula is automatically deselected when you leave Embedded
30508 mode.
30510 @kindex C-x * u
30511 @pindex calc-embedded-update-formula
30512 Another way to change the assignment to @code{foo} would simply be
30513 to edit the number using regular Emacs editing rather than Embedded
30514 mode.  Then, we have to find a way to get Embedded mode to notice
30515 the change.  The @kbd{C-x * u} (@code{calc-embedded-update-formula})
30516 command is a convenient way to do this.
30518 @example
30519 foo := 6
30521 foo + 7 => 13
30522 @end example
30524 Pressing @kbd{C-x * u} is much like pressing @kbd{C-x * e = C-x * e}, that
30525 is, temporarily enabling Embedded mode for the formula under the
30526 cursor and then evaluating it with @kbd{=}.  But @kbd{C-x * u} does
30527 not actually use @kbd{C-x * e}, and in fact another formula somewhere
30528 else can be enabled in Embedded mode while you use @kbd{C-x * u} and
30529 that formula will not be disturbed.
30531 With a numeric prefix argument, @kbd{C-x * u} updates all active
30532 @samp{=>} formulas in the buffer.  Formulas which have not yet
30533 been activated in Embedded mode, and formulas which do not have
30534 @samp{=>} as their top-level operator, are not affected by this.
30535 (This is useful only if you have used @kbd{m C}; see below.)
30537 With a plain @kbd{C-u} prefix, @kbd{C-u C-x * u} updates only in the
30538 region between mark and point rather than in the whole buffer.
30540 @kbd{C-x * u} is also a handy way to activate a formula, such as an
30541 @samp{=>} formula that has freshly been typed in or loaded from a
30542 file.
30544 @kindex C-x * a
30545 @pindex calc-embedded-activate
30546 The @kbd{C-x * a} (@code{calc-embedded-activate}) command scans
30547 through the current buffer and activates all embedded formulas
30548 that contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols.  This does not mean
30549 that Embedded mode is actually turned on, but only that the
30550 formulas' positions are registered with Embedded mode so that
30551 the @samp{=>} values can be properly updated as assignments are
30552 changed.
30554 It is a good idea to type @kbd{C-x * a} right after loading a file
30555 that uses embedded @samp{=>} operators.  Emacs includes a nifty
30556 ``buffer-local variables'' feature that you can use to do this
30557 automatically.  The idea is to place near the end of your file
30558 a few lines that look like this:
30560 @example
30561 --- Local Variables: ---
30562 --- eval:(calc-embedded-activate) ---
30563 --- End: ---
30564 @end example
30566 @noindent
30567 where the leading and trailing @samp{---} can be replaced by
30568 any suitable strings (which must be the same on all three lines)
30569 or omitted altogether; in a @TeX{} or La@TeX{} file, @samp{%} would be a good
30570 leading string and no trailing string would be necessary.  In a
30571 C program, @samp{/*} and @samp{*/} would be good leading and
30572 trailing strings.
30574 When Emacs loads a file into memory, it checks for a Local Variables
30575 section like this one at the end of the file.  If it finds this
30576 section, it does the specified things (in this case, running
30577 @kbd{C-x * a} automatically) before editing of the file begins.
30578 The Local Variables section must be within 3000 characters of the
30579 end of the file for Emacs to find it, and it must be in the last
30580 page of the file if the file has any page separators.
30581 @xref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
30582 Emacs manual}.
30584 Note that @kbd{C-x * a} does not update the formulas it finds.
30585 To do this, type, say, @kbd{M-1 C-x * u} after @w{@kbd{C-x * a}}.
30586 Generally this should not be a problem, though, because the
30587 formulas will have been up-to-date already when the file was
30588 saved.
30590 Normally, @kbd{C-x * a} activates all the formulas it finds, but
30591 any previous active formulas remain active as well.  With a
30592 positive numeric prefix argument, @kbd{C-x * a} first deactivates
30593 all current active formulas, then actives the ones it finds in
30594 its scan of the buffer.  With a negative prefix argument,
30595 @kbd{C-x * a} simply deactivates all formulas.
30597 Embedded mode has two symbols, @samp{Active} and @samp{~Active},
30598 which it puts next to the major mode name in a buffer's mode line.
30599 It puts @samp{Active} if it has reason to believe that all
30600 formulas in the buffer are active, because you have typed @kbd{C-x * a}
30601 and Calc has not since had to deactivate any formulas (which can
30602 happen if Calc goes to update an @samp{=>} formula somewhere because
30603 a variable changed, and finds that the formula is no longer there
30604 due to some kind of editing outside of Embedded mode).  Calc puts
30605 @samp{~Active} in the mode line if some, but probably not all,
30606 formulas in the buffer are active.  This happens if you activate
30607 a few formulas one at a time but never use @kbd{C-x * a}, or if you
30608 used @kbd{C-x * a} but then Calc had to deactivate a formula
30609 because it lost track of it.  If neither of these symbols appears
30610 in the mode line, no embedded formulas are active in the buffer
30611 (e.g., before Embedded mode has been used, or after a @kbd{M-- C-x * a}).
30613 Embedded formulas can refer to assignments both before and after them
30614 in the buffer.  If there are several assignments to a variable, the
30615 nearest preceding assignment is used if there is one, otherwise the
30616 following assignment is used.
30618 @example
30619 x => 1
30621 x := 1
30623 x => 1
30625 x := 2
30627 x => 2
30628 @end example
30630 As well as simple variables, you can also assign to subscript
30631 expressions of the form @samp{@var{var}_@var{number}} (as in
30632 @code{x_0}), or @samp{@var{var}_@var{var}} (as in @code{x_max}).
30633 Assignments to other kinds of objects can be represented by Calc,
30634 but the automatic linkage between assignments and references works
30635 only for plain variables and these two kinds of subscript expressions.
30637 If there are no assignments to a given variable, the global
30638 stored value for the variable is used (@pxref{Storing Variables}),
30639 or, if no value is stored, the variable is left in symbolic form.
30640 Note that global stored values will be lost when the file is saved
30641 and loaded in a later Emacs session, unless you have used the
30642 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save them;
30643 @pxref{Operations on Variables}.
30645 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns automatic
30646 recomputation of @samp{=>} forms on and off.  If you turn automatic
30647 recomputation off, you will have to use @kbd{C-x * u} to update these
30648 formulas manually after an assignment has been changed.  If you
30649 plan to change several assignments at once, it may be more efficient
30650 to type @kbd{m C}, change all the assignments, then use @kbd{M-1 C-x * u}
30651 to update the entire buffer afterwards.  The @kbd{m C} command also
30652 controls @samp{=>} formulas on the stack; @pxref{Evaluates-To
30653 Operator}.  When you turn automatic recomputation back on, the
30654 stack will be updated but the Embedded buffer will not; you must
30655 use @kbd{C-x * u} to update the buffer by hand.
30657 @node Mode Settings in Embedded Mode, Customizing Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Embedded Mode
30658 @section Mode Settings in Embedded Mode
30660 @kindex m e
30661 @pindex calc-embedded-preserve-modes
30662 @noindent
30663 The mode settings can be changed while Calc is in embedded mode, but
30664 by default they will revert to their original values when embedded mode
30665 is ended. However, the modes saved when the mode-recording mode is
30666 @code{Save} (see below) and the modes in effect when the @kbd{m e}
30667 (@code{calc-embedded-preserve-modes}) command is given
30668 will be preserved when embedded mode is ended.
30670 Embedded mode has a rather complicated mechanism for handling mode
30671 settings in Embedded formulas.  It is possible to put annotations
30672 in the file that specify mode settings either global to the entire
30673 file or local to a particular formula or formulas.  In the latter
30674 case, different modes can be specified for use when a formula
30675 is the enabled Embedded mode formula.
30677 When you give any mode-setting command, like @kbd{m f} (for Fraction
30678 mode) or @kbd{d s} (for scientific notation), Embedded mode adds
30679 a line like the following one to the file just before the opening
30680 delimiter of the formula.
30682 @example
30683 % [calc-mode: fractions: t]
30684 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30685 @end example
30687 When Calc interprets an embedded formula, it scans the text before
30688 the formula for mode-setting annotations like these and sets the
30689 Calc buffer to match these modes.  Modes not explicitly described
30690 in the file are not changed.  Calc scans all the way to the top of
30691 the file, or up to a line of the form
30693 @example
30694 % [calc-defaults]
30695 @end example
30697 @noindent
30698 which you can insert at strategic places in the file if this backward
30699 scan is getting too slow, or just to provide a barrier between one
30700 ``zone'' of mode settings and another.
30702 If the file contains several annotations for the same mode, the
30703 closest one before the formula is used.  Annotations after the
30704 formula are never used (except for global annotations, described
30705 below).
30707 The scan does not look for the leading @samp{% }, only for the
30708 square brackets and the text they enclose.  In fact, the leading
30709 characters are different for different major modes.  You can edit the
30710 mode annotations to a style that works better in context if you wish.
30711 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to change the style
30712 that Calc uses when it generates the annotations.  You can write
30713 mode annotations into the file yourself if you know the syntax;
30714 the easiest way to find the syntax for a given mode is to let
30715 Calc write the annotation for it once and see what it does.
30717 If you give a mode-changing command for a mode that already has
30718 a suitable annotation just above the current formula, Calc will
30719 modify that annotation rather than generating a new, conflicting
30720 one.
30722 Mode annotations have three parts, separated by colons.  (Spaces
30723 after the colons are optional.)  The first identifies the kind
30724 of mode setting, the second is a name for the mode itself, and
30725 the third is the value in the form of a Lisp symbol, number,
30726 or list.  Annotations with unrecognizable text in the first or
30727 second parts are ignored.  The third part is not checked to make
30728 sure the value is of a valid type or range; if you write an
30729 annotation by hand, be sure to give a proper value or results
30730 will be unpredictable.  Mode-setting annotations are case-sensitive.
30732 While Embedded mode is enabled, the word @code{Local} appears in
30733 the mode line.  This is to show that mode setting commands generate
30734 annotations that are ``local'' to the current formula or set of
30735 formulas.  The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command
30736 causes Calc to generate different kinds of annotations.  Pressing
30737 @kbd{m R} repeatedly cycles through the possible modes.
30739 @code{LocEdit} and @code{LocPerm} modes generate annotations
30740 that look like this, respectively:
30742 @example
30743 % [calc-edit-mode: float-format: (sci 0)]
30744 % [calc-perm-mode: float-format: (sci 5)]
30745 @end example
30747 The first kind of annotation will be used only while a formula
30748 is enabled in Embedded mode.  The second kind will be used only
30749 when the formula is @emph{not} enabled.  (Whether the formula
30750 is ``active'' or not, i.e., whether Calc has seen this formula
30751 yet, is not relevant here.)
30753 @code{Global} mode generates an annotation like this at the end
30754 of the file:
30756 @example
30757 % [calc-global-mode: fractions t]
30758 @end example
30760 Global mode annotations affect all formulas throughout the file,
30761 and may appear anywhere in the file.  This allows you to tuck your
30762 mode annotations somewhere out of the way, say, on a new page of
30763 the file, as long as those mode settings are suitable for all
30764 formulas in the file.
30766 Enabling a formula with @kbd{C-x * e} causes a fresh scan for local
30767 mode annotations; you will have to use this after adding annotations
30768 above a formula by hand to get the formula to notice them.  Updating
30769 a formula with @kbd{C-x * u} will also re-scan the local modes, but
30770 global modes are only re-scanned by @kbd{C-x * a}.
30772 Another way that modes can get out of date is if you add a local
30773 mode annotation to a formula that has another formula after it.
30774 In this example, we have used the @kbd{d s} command while the
30775 first of the two embedded formulas is active.  But the second
30776 formula has not changed its style to match, even though by the
30777 rules of reading annotations the @samp{(sci 0)} applies to it, too.
30779 @example
30780 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30781 1.23e2
30783 456.
30784 @end example
30786 We would have to go down to the other formula and press @kbd{C-x * u}
30787 on it in order to get it to notice the new annotation.
30789 Two more mode-recording modes selectable by @kbd{m R} are available
30790 which are also available outside of Embedded mode.  
30791 (@pxref{General Mode Commands}.) They are @code{Save},  in which mode
30792 settings are recorded permanently in your Calc init file (the file given
30793 by the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el})
30794 rather than by annotating the current document, and no-recording
30795 mode (where there is no symbol like @code{Save} or @code{Local} in
30796 the mode line), in which mode-changing commands do not leave any
30797 annotations at all.
30799 When Embedded mode is not enabled, mode-recording modes except
30800 for @code{Save} have no effect.
30802 @node Customizing Embedded Mode, , Mode Settings in Embedded Mode, Embedded Mode
30803 @section Customizing Embedded Mode
30805 @noindent
30806 You can modify Embedded mode's behavior by setting various Lisp
30807 variables described here.  These variables are customizable 
30808 (@pxref{Customizing Calc}), or you can use @kbd{M-x set-variable}
30809 or @kbd{M-x edit-options} to adjust a variable on the fly.
30810 (Another possibility would be to use a file-local variable annotation at
30811 the end of the file; 
30812 @pxref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the Emacs manual}.)
30813 Many of the variables given mentioned here can be set to depend on the
30814 major mode of the editing buffer (@pxref{Customizing Calc}).
30816 @vindex calc-embedded-open-formula
30817 The @code{calc-embedded-open-formula} variable holds a regular
30818 expression for the opening delimiter of a formula.  @xref{Regexp Search,
30819 , Regular Expression Search, emacs, the Emacs manual}, to see
30820 how regular expressions work.  Basically, a regular expression is a
30821 pattern that Calc can search for.  A regular expression that considers
30822 blank lines, @samp{$}, and @samp{$$} to be opening delimiters is
30823 @code{"\\`\\|^\n\\|\\$\\$?"}.  Just in case the meaning of this
30824 regular expression is not completely plain, let's go through it
30825 in detail.
30827 The surrounding @samp{" "} marks quote the text between them as a
30828 Lisp string.  If you left them off, @code{set-variable} or
30829 @code{edit-options} would try to read the regular expression as a
30830 Lisp program.
30832 The most obvious property of this regular expression is that it
30833 contains indecently many backslashes.  There are actually two levels
30834 of backslash usage going on here.  First, when Lisp reads a quoted
30835 string, all pairs of characters beginning with a backslash are
30836 interpreted as special characters.  Here, @code{\n} changes to a
30837 new-line character, and @code{\\} changes to a single backslash.
30838 So the actual regular expression seen by Calc is
30839 @samp{\`\|^ @r{(newline)} \|\$\$?}.
30841 Regular expressions also consider pairs beginning with backslash
30842 to have special meanings.  Sometimes the backslash is used to quote
30843 a character that otherwise would have a special meaning in a regular
30844 expression, like @samp{$}, which normally means ``end-of-line,''
30845 or @samp{?}, which means that the preceding item is optional.  So
30846 @samp{\$\$?} matches either one or two dollar signs.
30848 The other codes in this regular expression are @samp{^}, which matches
30849 ``beginning-of-line,'' @samp{\|}, which means ``or,'' and @samp{\`},
30850 which matches ``beginning-of-buffer.''  So the whole pattern means
30851 that a formula begins at the beginning of the buffer, or on a newline
30852 that occurs at the beginning of a line (i.e., a blank line), or at
30853 one or two dollar signs.
30855 The default value of @code{calc-embedded-open-formula} looks just
30856 like this example, with several more alternatives added on to
30857 recognize various other common kinds of delimiters.
30859 By the way, the reason to use @samp{^\n} rather than @samp{^$}
30860 or @samp{\n\n}, which also would appear to match blank lines,
30861 is that the former expression actually ``consumes'' only one
30862 newline character as @emph{part of} the delimiter, whereas the
30863 latter expressions consume zero or two newlines, respectively.
30864 The former choice gives the most natural behavior when Calc
30865 must operate on a whole formula including its delimiters.
30867 See the Emacs manual for complete details on regular expressions.
30868 But just for your convenience, here is a list of all characters
30869 which must be quoted with backslash (like @samp{\$}) to avoid
30870 some special interpretation:  @samp{. * + ? [ ] ^ $ \}.  (Note
30871 the backslash in this list; for example, to match @samp{\[} you
30872 must use @code{"\\\\\\["}.  An exercise for the reader is to
30873 account for each of these six backslashes!)
30875 @vindex calc-embedded-close-formula
30876 The @code{calc-embedded-close-formula} variable holds a regular
30877 expression for the closing delimiter of a formula.  A closing
30878 regular expression to match the above example would be
30879 @code{"\\'\\|\n$\\|\\$\\$?"}.  This is almost the same as the
30880 other one, except it now uses @samp{\'} (``end-of-buffer'') and
30881 @samp{\n$} (newline occurring at end of line, yet another way
30882 of describing a blank line that is more appropriate for this
30883 case).
30885 @vindex calc-embedded-open-word
30886 @vindex calc-embedded-close-word
30887 The @code{calc-embedded-open-word} and @code{calc-embedded-close-word}
30888 variables are similar expressions used when you type @kbd{C-x * w}
30889 instead of @kbd{C-x * e} to enable Embedded mode.
30891 @vindex calc-embedded-open-plain
30892 The @code{calc-embedded-open-plain} variable is a string which
30893 begins a ``plain'' formula written in front of the formatted
30894 formula when @kbd{d p} mode is turned on.  Note that this is an
30895 actual string, not a regular expression, because Calc must be able
30896 to write this string into a buffer as well as to recognize it.
30897 The default string is @code{"%%% "} (note the trailing space), but may
30898 be different for certain major modes.
30900 @vindex calc-embedded-close-plain
30901 The @code{calc-embedded-close-plain} variable is a string which
30902 ends a ``plain'' formula.  The default is @code{" %%%\n"}, but may be
30903 different for different major modes.  Without
30904 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
30905 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
30907 @vindex calc-embedded-open-new-formula
30908 The @code{calc-embedded-open-new-formula} variable is a string
30909 which is inserted at the front of a new formula when you type
30910 @kbd{C-x * f}.  Its default value is @code{"\n\n"}.  If this
30911 string begins with a newline character and the @kbd{C-x * f} is
30912 typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip this
30913 first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in
30914 the file.
30916 @vindex calc-embedded-close-new-formula
30917 The @code{calc-embedded-close-new-formula} variable is the corresponding
30918 string which is inserted at the end of a new formula.  Its default
30919 value is also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by
30920 @w{@kbd{C-x * f}} if typed at the end of a line.  (It follows that if
30921 @kbd{C-x * f} is typed on a blank line, both a leading opening
30922 newline and a trailing closing newline are omitted.)
30924 @vindex calc-embedded-announce-formula
30925 The @code{calc-embedded-announce-formula} variable is a regular
30926 expression which is sure to be followed by an embedded formula.
30927 The @kbd{C-x * a} command searches for this pattern as well as for
30928 @samp{=>} and @samp{:=} operators.  Note that @kbd{C-x * a} will
30929 not activate just anything surrounded by formula delimiters; after
30930 all, blank lines are considered formula delimiters by default!
30931 But if your language includes a delimiter which can only occur
30932 actually in front of a formula, you can take advantage of it here.
30933 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, but may be
30934 different for different major modes.
30935 This pattern will check for @samp{%Embed} followed by any number of
30936 lines beginning with @samp{%} and a space.  This last is important to
30937 make Calc consider mode annotations part of the pattern, so that the
30938 formula's opening delimiter really is sure to follow the pattern.
30940 @vindex calc-embedded-open-mode
30941 The @code{calc-embedded-open-mode} variable is a string (not a
30942 regular expression) which should precede a mode annotation.
30943 Calc never scans for this string; Calc always looks for the
30944 annotation itself.  But this is the string that is inserted before
30945 the opening bracket when Calc adds an annotation on its own.
30946 The default is @code{"% "}, but may be different for different major
30947 modes. 
30949 @vindex calc-embedded-close-mode
30950 The @code{calc-embedded-close-mode} variable is a string which
30951 follows a mode annotation written by Calc.  Its default value
30952 is simply a newline, @code{"\n"}, but may be different for different
30953 major modes.  If you change this, it is a good idea still to end with a
30954 newline so that mode annotations will appear on lines by themselves.
30956 @node Programming, Customizing Calc, Embedded Mode, Top
30957 @chapter Programming
30959 @noindent
30960 There are several ways to ``program'' the Emacs Calculator, depending
30961 on the nature of the problem you need to solve.
30963 @enumerate
30964 @item
30965 @dfn{Keyboard macros} allow you to record a sequence of keystrokes
30966 and play them back at a later time.  This is just the standard Emacs
30967 keyboard macro mechanism, dressed up with a few more features such
30968 as loops and conditionals.
30970 @item
30971 @dfn{Algebraic definitions} allow you to use any formula to define a
30972 new function.  This function can then be used in algebraic formulas or
30973 as an interactive command.
30975 @item
30976 @dfn{Rewrite rules} are discussed in the section on algebra commands.
30977 @xref{Rewrite Rules}.  If you put your rewrite rules in the variable
30978 @code{EvalRules}, they will be applied automatically to all Calc
30979 results in just the same way as an internal ``rule'' is applied to
30980 evaluate @samp{sqrt(9)} to 3 and so on.  @xref{Automatic Rewrites}.
30982 @item
30983 @dfn{Lisp} is the programming language that Calc (and most of Emacs)
30984 is written in.  If the above techniques aren't powerful enough, you
30985 can write Lisp functions to do anything that built-in Calc commands
30986 can do.  Lisp code is also somewhat faster than keyboard macros or
30987 rewrite rules.
30988 @end enumerate
30990 @kindex z
30991 Programming features are available through the @kbd{z} and @kbd{Z}
30992 prefix keys.  New commands that you define are two-key sequences
30993 beginning with @kbd{z}.  Commands for managing these definitions
30994 use the shift-@kbd{Z} prefix.  (The @kbd{Z T} (@code{calc-timing})
30995 command is described elsewhere; @pxref{Troubleshooting Commands}.
30996 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command is also
30997 described elsewhere; @pxref{User-Defined Compositions}.)
30999 @menu
31000 * Creating User Keys::
31001 * Keyboard Macros::
31002 * Invocation Macros::
31003 * Algebraic Definitions::
31004 * Lisp Definitions::
31005 @end menu
31007 @node Creating User Keys, Keyboard Macros, Programming, Programming
31008 @section Creating User Keys
31010 @noindent
31011 @kindex Z D
31012 @pindex calc-user-define
31013 Any Calculator command may be bound to a key using the @kbd{Z D}
31014 (@code{calc-user-define}) command.  Actually, it is bound to a two-key
31015 sequence beginning with the lower-case @kbd{z} prefix.
31017 The @kbd{Z D} command first prompts for the key to define.  For example,
31018 press @kbd{Z D a} to define the new key sequence @kbd{z a}.  You are then
31019 prompted for the name of the Calculator command that this key should
31020 run.  For example, the @code{calc-sincos} command is not normally
31021 available on a key.  Typing @kbd{Z D s sincos @key{RET}} programs the
31022 @kbd{z s} key sequence to run @code{calc-sincos}.  This definition will remain
31023 in effect for the rest of this Emacs session, or until you redefine
31024 @kbd{z s} to be something else.
31026 You can actually bind any Emacs command to a @kbd{z} key sequence by
31027 backspacing over the @samp{calc-} when you are prompted for the command name.
31029 As with any other prefix key, you can type @kbd{z ?} to see a list of
31030 all the two-key sequences you have defined that start with @kbd{z}.
31031 Initially, no @kbd{z} sequences (except @kbd{z ?} itself) are defined.
31033 User keys are typically letters, but may in fact be any key.
31034 (@key{META}-keys are not permitted, nor are a terminal's special
31035 function keys which generate multi-character sequences when pressed.)
31036 You can define different commands on the shifted and unshifted versions
31037 of a letter if you wish.
31039 @kindex Z U
31040 @pindex calc-user-undefine
31041 The @kbd{Z U} (@code{calc-user-undefine}) command unbinds a user key.
31042 For example, the key sequence @kbd{Z U s} will undefine the @code{sincos}
31043 key we defined above.
31045 @kindex Z P
31046 @pindex calc-user-define-permanent
31047 @cindex Storing user definitions
31048 @cindex Permanent user definitions
31049 @cindex Calc init file, user-defined commands
31050 The @kbd{Z P} (@code{calc-user-define-permanent}) command makes a key
31051 binding permanent so that it will remain in effect even in future Emacs
31052 sessions.  (It does this by adding a suitable bit of Lisp code into
31053 your Calc init file; that is, the file given by the variable
31054 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}.)  For example,
31055 @kbd{Z P s} would register our @code{sincos} command permanently.  If
31056 you later wish to unregister this command you must edit your Calc init
31057 file by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
31058 use a different file for the Calc init file.)
31060 The @kbd{Z P} command also saves the user definition, if any, for the
31061 command bound to the key.  After @kbd{Z F} and @kbd{Z C}, a given user
31062 key could invoke a command, which in turn calls an algebraic function,
31063 which might have one or more special display formats.  A single @kbd{Z P}
31064 command will save all of these definitions.
31065 To save an algebraic function, type @kbd{'} (the apostrophe)
31066 when prompted for a key, and type the function name.  To save a command
31067 without its key binding, type @kbd{M-x} and enter a function name.  (The
31068 @samp{calc-} prefix will automatically be inserted for you.)
31069 (If the command you give implies a function, the function will be saved,
31070 and if the function has any display formats, those will be saved, but
31071 not the other way around:  Saving a function will not save any commands
31072 or key bindings associated with the function.) 
31074 @kindex Z E
31075 @pindex calc-user-define-edit
31076 @cindex Editing user definitions
31077 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command edits the definition
31078 of a user key.  This works for keys that have been defined by either
31079 keyboard macros or formulas; further details are contained in the relevant
31080 following sections.
31082 @node Keyboard Macros, Invocation Macros, Creating User Keys, Programming
31083 @section Programming with Keyboard Macros
31085 @noindent
31086 @kindex X
31087 @cindex Programming with keyboard macros
31088 @cindex Keyboard macros
31089 The easiest way to ``program'' the Emacs Calculator is to use standard
31090 keyboard macros.  Press @w{@kbd{C-x (}} to begin recording a macro.  From
31091 this point on, keystrokes you type will be saved away as well as
31092 performing their usual functions.  Press @kbd{C-x )} to end recording.
31093 Press shift-@kbd{X} (or the standard Emacs key sequence @kbd{C-x e}) to
31094 execute your keyboard macro by replaying the recorded keystrokes.
31095 @xref{Keyboard Macros, , , emacs, the Emacs Manual}, for further
31096 information.
31098 When you use @kbd{X} to invoke a keyboard macro, the entire macro is
31099 treated as a single command by the undo and trail features.  The stack
31100 display buffer is not updated during macro execution, but is instead
31101 fixed up once the macro completes.  Thus, commands defined with keyboard
31102 macros are convenient and efficient.  The @kbd{C-x e} command, on the
31103 other hand, invokes the keyboard macro with no special treatment: Each
31104 command in the macro will record its own undo information and trail entry,
31105 and update the stack buffer accordingly.  If your macro uses features
31106 outside of Calc's control to operate on the contents of the Calc stack
31107 buffer, or if it includes Undo, Redo, or last-arguments commands, you
31108 must use @kbd{C-x e} to make sure the buffer and undo list are up-to-date
31109 at all times.  You could also consider using @kbd{K} (@code{calc-keep-args})
31110 instead of @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
31112 Calc extends the standard Emacs keyboard macros in several ways.
31113 Keyboard macros can be used to create user-defined commands.  Keyboard
31114 macros can include conditional and iteration structures, somewhat
31115 analogous to those provided by a traditional programmable calculator.
31117 @menu
31118 * Naming Keyboard Macros::
31119 * Conditionals in Macros::
31120 * Loops in Macros::
31121 * Local Values in Macros::
31122 * Queries in Macros::
31123 @end menu
31125 @node Naming Keyboard Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros, Keyboard Macros
31126 @subsection Naming Keyboard Macros
31128 @noindent
31129 @kindex Z K
31130 @pindex calc-user-define-kbd-macro
31131 Once you have defined a keyboard macro, you can bind it to a @kbd{z}
31132 key sequence with the @kbd{Z K} (@code{calc-user-define-kbd-macro}) command.
31133 This command prompts first for a key, then for a command name.  For
31134 example, if you type @kbd{C-x ( n @key{TAB} n @key{TAB} C-x )} you will
31135 define a keyboard macro which negates the top two numbers on the stack
31136 (@key{TAB} swaps the top two stack elements).  Now you can type
31137 @kbd{Z K n @key{RET}} to define this keyboard macro onto the @kbd{z n} key
31138 sequence.  The default command name (if you answer the second prompt with
31139 just the @key{RET} key as in this example) will be something like
31140 @samp{calc-User-n}.  The keyboard macro will now be available as both
31141 @kbd{z n} and @kbd{M-x calc-User-n}.  You can backspace and enter a more
31142 descriptive command name if you wish.
31144 Macros defined by @kbd{Z K} act like single commands; they are executed
31145 in the same way as by the @kbd{X} key.  If you wish to define the macro
31146 as a standard no-frills Emacs macro (to be executed as if by @kbd{C-x e}),
31147 give a negative prefix argument to @kbd{Z K}.
31149 Once you have bound your keyboard macro to a key, you can use
31150 @kbd{Z P} to register it permanently with Emacs.  @xref{Creating User Keys}.
31152 @cindex Keyboard macros, editing
31153 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
31154 been defined by a keyboard macro tries to use the @code{edmacro} package
31155 edit the macro.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing and update 
31156 the definition stored on the key, or, to cancel the edit, kill the
31157 buffer with @kbd{C-x k}.
31158 The special characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC},
31159 @code{DEL}, and @code{NUL} must be entered as these three character
31160 sequences, written in all uppercase, as must the prefixes @code{C-} and
31161 @code{M-}.  Spaces and line breaks are ignored.  Other characters are
31162 copied verbatim into the keyboard macro.  Basically, the notation is the
31163 same as is used in all of this manual's examples, except that the manual
31164 takes some liberties with spaces: When we say @kbd{' [1 2 3] @key{RET}},
31165 we take it for granted that it is clear we really mean 
31166 @kbd{' [1 @key{SPC} 2 @key{SPC} 3] @key{RET}}.
31168 @kindex C-x * m
31169 @pindex read-kbd-macro
31170 The @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) command reads an Emacs ``region''
31171 of spelled-out keystrokes and defines it as the current keyboard macro.
31172 It is a convenient way to define a keyboard macro that has been stored
31173 in a file, or to define a macro without executing it at the same time.
31175 @node Conditionals in Macros, Loops in Macros, Naming Keyboard Macros, Keyboard Macros
31176 @subsection Conditionals in Keyboard Macros
31178 @noindent
31179 @kindex Z [
31180 @kindex Z ]
31181 @pindex calc-kbd-if
31182 @pindex calc-kbd-else
31183 @pindex calc-kbd-else-if
31184 @pindex calc-kbd-end-if
31185 @cindex Conditional structures
31186 The @kbd{Z [} (@code{calc-kbd-if}) and @kbd{Z ]} (@code{calc-kbd-end-if})
31187 commands allow you to put simple tests in a keyboard macro.  When Calc
31188 sees the @kbd{Z [}, it pops an object from the stack and, if the object is
31189 a non-zero value, continues executing keystrokes.  But if the object is
31190 zero, or if it is not provably nonzero, Calc skips ahead to the matching
31191 @kbd{Z ]} keystroke.  @xref{Logical Operations}, for a set of commands for
31192 performing tests which conveniently produce 1 for true and 0 for false.
31194 For example, @kbd{@key{RET} 0 a < Z [ n Z ]} implements an absolute-value
31195 function in the form of a keyboard macro.  This macro duplicates the
31196 number on the top of the stack, pushes zero and compares using @kbd{a <}
31197 (@code{calc-less-than}), then, if the number was less than zero,
31198 executes @kbd{n} (@code{calc-change-sign}).  Otherwise, the change-sign
31199 command is skipped.
31201 To program this macro, type @kbd{C-x (}, type the above sequence of
31202 keystrokes, then type @kbd{C-x )}.  Note that the keystrokes will be
31203 executed while you are making the definition as well as when you later
31204 re-execute the macro by typing @kbd{X}.  Thus you should make sure a
31205 suitable number is on the stack before defining the macro so that you
31206 don't get a stack-underflow error during the definition process.
31208 Conditionals can be nested arbitrarily.  However, there should be exactly
31209 one @kbd{Z ]} for each @kbd{Z [} in a keyboard macro.
31211 @kindex Z :
31212 The @kbd{Z :} (@code{calc-kbd-else}) command allows you to choose between
31213 two keystroke sequences.  The general format is @kbd{@var{cond} Z [
31214 @var{then-part} Z : @var{else-part} Z ]}.  If @var{cond} is true
31215 (i.e., if the top of stack contains a non-zero number after @var{cond}
31216 has been executed), the @var{then-part} will be executed and the
31217 @var{else-part} will be skipped.  Otherwise, the @var{then-part} will
31218 be skipped and the @var{else-part} will be executed.
31220 @kindex Z |
31221 The @kbd{Z |} (@code{calc-kbd-else-if}) command allows you to choose
31222 between any number of alternatives.  For example,
31223 @kbd{@var{cond1} Z [ @var{part1} Z : @var{cond2} Z | @var{part2} Z :
31224 @var{part3} Z ]} will execute @var{part1} if @var{cond1} is true,
31225 otherwise it will execute @var{part2} if @var{cond2} is true, otherwise
31226 it will execute @var{part3}.
31228 More precisely, @kbd{Z [} pops a number and conditionally skips to the
31229 next matching @kbd{Z :} or @kbd{Z ]} key.  @w{@kbd{Z ]}} has no effect when
31230 actually executed.  @kbd{Z :} skips to the next matching @kbd{Z ]}.
31231 @kbd{Z |} pops a number and conditionally skips to the next matching
31232 @kbd{Z :} or @kbd{Z ]}; thus, @kbd{Z [} and @kbd{Z |} are functionally
31233 equivalent except that @kbd{Z [} participates in nesting but @kbd{Z |}
31234 does not.
31236 Calc's conditional and looping constructs work by scanning the
31237 keyboard macro for occurrences of character sequences like @samp{Z:}
31238 and @samp{Z]}.  One side-effect of this is that if you use these
31239 constructs you must be careful that these character pairs do not
31240 occur by accident in other parts of the macros.  Since Calc rarely
31241 uses shift-@kbd{Z} for any purpose except as a prefix character, this
31242 is not likely to be a problem.  Another side-effect is that it will
31243 not work to define your own custom key bindings for these commands.
31244 Only the standard shift-@kbd{Z} bindings will work correctly.
31246 @kindex Z C-g
31247 If Calc gets stuck while skipping characters during the definition of a
31248 macro, type @kbd{Z C-g} to cancel the definition.  (Typing plain @kbd{C-g}
31249 actually adds a @kbd{C-g} keystroke to the macro.)
31251 @node Loops in Macros, Local Values in Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros
31252 @subsection Loops in Keyboard Macros
31254 @noindent
31255 @kindex Z <
31256 @kindex Z >
31257 @pindex calc-kbd-repeat
31258 @pindex calc-kbd-end-repeat
31259 @cindex Looping structures
31260 @cindex Iterative structures
31261 The @kbd{Z <} (@code{calc-kbd-repeat}) and @kbd{Z >}
31262 (@code{calc-kbd-end-repeat}) commands pop a number from the stack,
31263 which must be an integer, then repeat the keystrokes between the brackets
31264 the specified number of times.  If the integer is zero or negative, the
31265 body is skipped altogether.  For example, @kbd{1 @key{TAB} Z < 2 * Z >}
31266 computes two to a nonnegative integer power.  First, we push 1 on the
31267 stack and then swap the integer argument back to the top.  The @kbd{Z <}
31268 pops that argument leaving the 1 back on top of the stack.  Then, we
31269 repeat a multiply-by-two step however many times.
31271 Once again, the keyboard macro is executed as it is being entered.
31272 In this case it is especially important to set up reasonable initial
31273 conditions before making the definition:  Suppose the integer 1000 just
31274 happened to be sitting on the stack before we typed the above definition!
31275 Another approach is to enter a harmless dummy definition for the macro,
31276 then go back and edit in the real one with a @kbd{Z E} command.  Yet
31277 another approach is to type the macro as written-out keystroke names
31278 in a buffer, then use @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the
31279 macro.
31281 @kindex Z /
31282 @pindex calc-break
31283 The @kbd{Z /} (@code{calc-kbd-break}) command allows you to break out
31284 of a keyboard macro loop prematurely.  It pops an object from the stack;
31285 if that object is true (a non-zero number), control jumps out of the
31286 innermost enclosing @kbd{Z <} @dots{} @kbd{Z >} loop and continues
31287 after the @kbd{Z >}.  If the object is false, the @kbd{Z /} has no
31288 effect.  Thus @kbd{@var{cond} Z /} is similar to @samp{if (@var{cond}) break;}
31289 in the C language.
31291 @kindex Z (
31292 @kindex Z )
31293 @pindex calc-kbd-for
31294 @pindex calc-kbd-end-for
31295 The @kbd{Z (} (@code{calc-kbd-for}) and @kbd{Z )} (@code{calc-kbd-end-for})
31296 commands are similar to @kbd{Z <} and @kbd{Z >}, except that they make the
31297 value of the counter available inside the loop.  The general layout is
31298 @kbd{@var{init} @var{final} Z ( @var{body} @var{step} Z )}.  The @kbd{Z (}
31299 command pops initial and final values from the stack.  It then creates
31300 a temporary internal counter and initializes it with the value @var{init}.
31301 The @kbd{Z (} command then repeatedly pushes the counter value onto the
31302 stack and executes @var{body} and @var{step}, adding @var{step} to the
31303 counter each time until the loop finishes.
31305 @cindex Summations (by keyboard macros)
31306 By default, the loop finishes when the counter becomes greater than (or
31307 less than) @var{final}, assuming @var{initial} is less than (greater
31308 than) @var{final}.  If @var{initial} is equal to @var{final}, the body
31309 executes exactly once.  The body of the loop always executes at least
31310 once.  For example, @kbd{0 1 10 Z ( 2 ^ + 1 Z )} computes the sum of the
31311 squares of the integers from 1 to 10, in steps of 1.
31313 If you give a numeric prefix argument of 1 to @kbd{Z (}, the loop is
31314 forced to use upward-counting conventions.  In this case, if @var{initial}
31315 is greater than @var{final} the body will not be executed at all.
31316 Note that @var{step} may still be negative in this loop; the prefix
31317 argument merely constrains the loop-finished test.  Likewise, a prefix
31318 argument of @mathit{-1} forces downward-counting conventions.
31320 @kindex Z @{
31321 @kindex Z @}
31322 @pindex calc-kbd-loop
31323 @pindex calc-kbd-end-loop
31324 The @kbd{Z @{} (@code{calc-kbd-loop}) and @kbd{Z @}}
31325 (@code{calc-kbd-end-loop}) commands are similar to @kbd{Z <} and
31326 @kbd{Z >}, except that they do not pop a count from the stack---they
31327 effectively create an infinite loop.  Every @kbd{Z @{} @dots{} @kbd{Z @}}
31328 loop ought to include at least one @kbd{Z /} to make sure the loop
31329 doesn't run forever.  (If any error message occurs which causes Emacs
31330 to beep, the keyboard macro will also be halted; this is a standard
31331 feature of Emacs.  You can also generally press @kbd{C-g} to halt a
31332 running keyboard macro, although not all versions of Unix support
31333 this feature.)
31335 The conditional and looping constructs are not actually tied to
31336 keyboard macros, but they are most often used in that context.
31337 For example, the keystrokes @kbd{10 Z < 23 @key{RET} Z >} push
31338 ten copies of 23 onto the stack.  This can be typed ``live'' just
31339 as easily as in a macro definition.
31341 @xref{Conditionals in Macros}, for some additional notes about
31342 conditional and looping commands.
31344 @node Local Values in Macros, Queries in Macros, Loops in Macros, Keyboard Macros
31345 @subsection Local Values in Macros
31347 @noindent
31348 @cindex Local variables
31349 @cindex Restoring saved modes
31350 Keyboard macros sometimes want to operate under known conditions
31351 without affecting surrounding conditions.  For example, a keyboard
31352 macro may wish to turn on Fraction mode, or set a particular
31353 precision, independent of the user's normal setting for those
31354 modes.
31356 @kindex Z `
31357 @kindex Z '
31358 @pindex calc-kbd-push
31359 @pindex calc-kbd-pop
31360 Macros also sometimes need to use local variables.  Assignments to
31361 local variables inside the macro should not affect any variables
31362 outside the macro.  The @kbd{Z `} (@code{calc-kbd-push}) and @kbd{Z '}
31363 (@code{calc-kbd-pop}) commands give you both of these capabilities.
31365 When you type @kbd{Z `} (with a backquote or accent grave character),
31366 the values of various mode settings are saved away.  The ten ``quick''
31367 variables @code{q0} through @code{q9} are also saved.  When
31368 you type @w{@kbd{Z '}} (with an apostrophe), these values are restored.
31369 Pairs of @kbd{Z `} and @kbd{Z '} commands may be nested.
31371 If a keyboard macro halts due to an error in between a @kbd{Z `} and
31372 a @kbd{Z '}, the saved values will be restored correctly even though
31373 the macro never reaches the @kbd{Z '} command.  Thus you can use
31374 @kbd{Z `} and @kbd{Z '} without having to worry about what happens
31375 in exceptional conditions.
31377 If you type @kbd{Z `} ``live'' (not in a keyboard macro), Calc puts
31378 you into a ``recursive edit.''  You can tell you are in a recursive
31379 edit because there will be extra square brackets in the mode line,
31380 as in @samp{[(Calculator)]}.  These brackets will go away when you
31381 type the matching @kbd{Z '} command.  The modes and quick variables
31382 will be saved and restored in just the same way as if actual keyboard
31383 macros were involved.
31385 The modes saved by @kbd{Z `} and @kbd{Z '} are the current precision
31386 and binary word size, the angular mode (Deg, Rad, or HMS), the
31387 simplification mode, Algebraic mode, Symbolic mode, Infinite mode,
31388 Matrix or Scalar mode, Fraction mode, and the current complex mode
31389 (Polar or Rectangular).  The ten ``quick'' variables' values (or lack
31390 thereof) are also saved.
31392 Most mode-setting commands act as toggles, but with a numeric prefix
31393 they force the mode either on (positive prefix) or off (negative
31394 or zero prefix).  Since you don't know what the environment might
31395 be when you invoke your macro, it's best to use prefix arguments
31396 for all mode-setting commands inside the macro.
31398 In fact, @kbd{C-u Z `} is like @kbd{Z `} except that it sets the modes
31399 listed above to their default values.  As usual, the matching @kbd{Z '}
31400 will restore the modes to their settings from before the @kbd{C-u Z `}.
31401 Also, @w{@kbd{Z `}} with a negative prefix argument resets the algebraic mode
31402 to its default (off) but leaves the other modes the same as they were
31403 outside the construct.
31405 The contents of the stack and trail, values of non-quick variables, and
31406 other settings such as the language mode and the various display modes,
31407 are @emph{not} affected by @kbd{Z `} and @kbd{Z '}.
31409 @node Queries in Macros, , Local Values in Macros, Keyboard Macros
31410 @subsection Queries in Keyboard Macros
31412 @c @noindent
31413 @c @kindex Z =
31414 @c @pindex calc-kbd-report
31415 @c The @kbd{Z =} (@code{calc-kbd-report}) command displays an informative
31416 @c message including the value on the top of the stack.  You are prompted
31417 @c to enter a string.  That string, along with the top-of-stack value,
31418 @c is displayed unless @kbd{m w} (@code{calc-working}) has been used
31419 @c to turn such messages off.
31421 @noindent
31422 @kindex Z #
31423 @pindex calc-kbd-query
31424 The @kbd{Z #} (@code{calc-kbd-query}) command prompts for an algebraic
31425 entry which takes its input from the keyboard, even during macro
31426 execution.  All the normal conventions of algebraic input, including the
31427 use of @kbd{$} characters, are supported.  The prompt message itself is
31428 taken from the top of the stack, and so must be entered (as a string)
31429 before the @kbd{Z #} command.  (Recall, as a string it can be entered by
31430 pressing the @kbd{"} key and will appear as a vector when it is put on
31431 the stack.  The prompt message is only put on the stack to provide a
31432 prompt for the @kbd{Z #} command; it will not play any role in any
31433 subsequent calculations.)  This command allows your keyboard macros to
31434 accept numbers or formulas as interactive input.
31436 As an example, 
31437 @kbd{2 @key{RET} "Power: " @key{RET} Z # 3 @key{RET} ^} will prompt for
31438 input with ``Power: '' in the minibuffer, then return 2 to the provided
31439 power.  (The response to the prompt that's given, 3 in this example,
31440 will not be part of the macro.)
31442 @xref{Keyboard Macro Query, , , emacs, the Emacs Manual}, for a description of
31443 @kbd{C-x q} (@code{kbd-macro-query}), the standard Emacs way to accept
31444 keyboard input during a keyboard macro.  In particular, you can use
31445 @kbd{C-x q} to enter a recursive edit, which allows the user to perform
31446 any Calculator operations interactively before pressing @kbd{C-M-c} to
31447 return control to the keyboard macro.
31449 @node Invocation Macros, Algebraic Definitions, Keyboard Macros, Programming
31450 @section Invocation Macros
31452 @kindex C-x * z
31453 @kindex Z I
31454 @pindex calc-user-invocation
31455 @pindex calc-user-define-invocation
31456 Calc provides one special keyboard macro, called up by @kbd{C-x * z}
31457 (@code{calc-user-invocation}), that is intended to allow you to define
31458 your own special way of starting Calc.  To define this ``invocation
31459 macro,'' create the macro in the usual way with @kbd{C-x (} and
31460 @kbd{C-x )}, then type @kbd{Z I} (@code{calc-user-define-invocation}).
31461 There is only one invocation macro, so you don't need to type any
31462 additional letters after @kbd{Z I}.  From now on, you can type
31463 @kbd{C-x * z} at any time to execute your invocation macro.
31465 For example, suppose you find yourself often grabbing rectangles of
31466 numbers into Calc and multiplying their columns.  You can do this
31467 by typing @kbd{C-x * r} to grab, and @kbd{V R : *} to multiply columns.
31468 To make this into an invocation macro, just type @kbd{C-x ( C-x * r
31469 V R : * C-x )}, then @kbd{Z I}.  Then, to multiply a rectangle of data,
31470 just mark the data in its buffer in the usual way and type @kbd{C-x * z}.
31472 Invocation macros are treated like regular Emacs keyboard macros;
31473 all the special features described above for @kbd{Z K}-style macros
31474 do not apply.  @kbd{C-x * z} is just like @kbd{C-x e}, except that it
31475 uses the macro that was last stored by @kbd{Z I}.  (In fact, the
31476 macro does not even have to have anything to do with Calc!)
31478 The @kbd{m m} command saves the last invocation macro defined by
31479 @kbd{Z I} along with all the other Calc mode settings.
31480 @xref{General Mode Commands}.
31482 @node Algebraic Definitions, Lisp Definitions, Invocation Macros, Programming
31483 @section Programming with Formulas
31485 @noindent
31486 @kindex Z F
31487 @pindex calc-user-define-formula
31488 @cindex Programming with algebraic formulas
31489 Another way to create a new Calculator command uses algebraic formulas.
31490 The @kbd{Z F} (@code{calc-user-define-formula}) command stores the
31491 formula at the top of the stack as the definition for a key.  This
31492 command prompts for five things: The key, the command name, the function
31493 name, the argument list, and the behavior of the command when given
31494 non-numeric arguments.
31496 For example, suppose we type @kbd{' a+2b @key{RET}} to push the formula
31497 @samp{a + 2*b} onto the stack.  We now type @kbd{Z F m} to define this
31498 formula on the @kbd{z m} key sequence.  The next prompt is for a command
31499 name, beginning with @samp{calc-}, which should be the long (@kbd{M-x}) form
31500 for the new command.  If you simply press @key{RET}, a default name like
31501 @code{calc-User-m} will be constructed.  In our example, suppose we enter
31502 @kbd{spam @key{RET}} to define the new command as @code{calc-spam}.
31504 If you want to give the formula a long-style name only, you can press
31505 @key{SPC} or @key{RET} when asked which single key to use.  For example
31506 @kbd{Z F @key{RET} spam @key{RET}} defines the new command as
31507 @kbd{M-x calc-spam}, with no keyboard equivalent.
31509 The third prompt is for an algebraic function name.  The default is to
31510 use the same name as the command name but without the @samp{calc-}
31511 prefix.  (If this is of the form @samp{User-m}, the hyphen is removed so
31512 it won't be taken for a minus sign in algebraic formulas.)
31513 This is the name you will use if you want to enter your 
31514 new function in an algebraic formula.  Suppose we enter @kbd{yow @key{RET}}.
31515 Then the new function can be invoked by pushing two numbers on the
31516 stack and typing @kbd{z m} or @kbd{x spam}, or by entering the algebraic
31517 formula @samp{yow(x,y)}.
31519 The fourth prompt is for the function's argument list.  This is used to
31520 associate values on the stack with the variables that appear in the formula.
31521 The default is a list of all variables which appear in the formula, sorted
31522 into alphabetical order.  In our case, the default would be @samp{(a b)}.
31523 This means that, when the user types @kbd{z m}, the Calculator will remove
31524 two numbers from the stack, substitute these numbers for @samp{a} and
31525 @samp{b} (respectively) in the formula, then simplify the formula and
31526 push the result on the stack.  In other words, @kbd{10 @key{RET} 100 z m}
31527 would replace the 10 and 100 on the stack with the number 210, which is
31528 @expr{a + 2 b} with @expr{a=10} and @expr{b=100}.  Likewise, the formula
31529 @samp{yow(10, 100)} will be evaluated by substituting @expr{a=10} and
31530 @expr{b=100} in the definition.
31532 You can rearrange the order of the names before pressing @key{RET} to
31533 control which stack positions go to which variables in the formula.  If
31534 you remove a variable from the argument list, that variable will be left
31535 in symbolic form by the command.  Thus using an argument list of @samp{(b)}
31536 for our function would cause @kbd{10 z m} to replace the 10 on the stack
31537 with the formula @samp{a + 20}.  If we had used an argument list of
31538 @samp{(b a)}, the result with inputs 10 and 100 would have been 120.
31540 You can also put a nameless function on the stack instead of just a
31541 formula, as in @samp{<a, b : a + 2 b>}.  @xref{Specifying Operators}.
31542 In this example, the command will be defined by the formula @samp{a + 2 b}
31543 using the argument list @samp{(a b)}.
31545 The final prompt is a y-or-n question concerning what to do if symbolic
31546 arguments are given to your function.  If you answer @kbd{y}, then
31547 executing @kbd{z m} (using the original argument list @samp{(a b)}) with
31548 arguments @expr{10} and @expr{x} will leave the function in symbolic
31549 form, i.e., @samp{yow(10,x)}.  On the other hand, if you answer @kbd{n},
31550 then the formula will always be expanded, even for non-constant
31551 arguments: @samp{10 + 2 x}.  If you never plan to feed algebraic
31552 formulas to your new function, it doesn't matter how you answer this
31553 question.
31555 If you answered @kbd{y} to this question you can still cause a function
31556 call to be expanded by typing @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}).
31557 Also, Calc will expand the function if necessary when you take a
31558 derivative or integral or solve an equation involving the function.
31560 @kindex Z G
31561 @pindex calc-get-user-defn
31562 Once you have defined a formula on a key, you can retrieve this formula
31563 with the @kbd{Z G} (@code{calc-user-define-get-defn}) command.  Press a
31564 key, and this command pushes the formula that was used to define that
31565 key onto the stack.  Actually, it pushes a nameless function that
31566 specifies both the argument list and the defining formula.  You will get
31567 an error message if the key is undefined, or if the key was not defined
31568 by a @kbd{Z F} command.
31570 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
31571 been defined by a formula uses a variant of the @code{calc-edit} command
31572 to edit the defining formula.  Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and
31573 store the new formula back in the definition, or kill the buffer with
31574 @kbd{C-x k} to
31575 cancel the edit.  (The argument list and other properties of the
31576 definition are unchanged; to adjust the argument list, you can use
31577 @kbd{Z G} to grab the function onto the stack, edit with @kbd{`}, and
31578 then re-execute the @kbd{Z F} command.)
31580 As usual, the @kbd{Z P} command records your definition permanently.
31581 In this case it will permanently record all three of the relevant
31582 definitions: the key, the command, and the function.
31584 You may find it useful to turn off the default simplifications with
31585 @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) when entering a formula to be
31586 used as a function definition.  For example, the formula @samp{deriv(a^2,v)}
31587 which might be used to define a new function @samp{dsqr(a,v)} will be
31588 ``simplified'' to 0 immediately upon entry since @code{deriv} considers
31589 @expr{a} to be constant with respect to @expr{v}.  Turning off
31590 default simplifications cures this problem:  The definition will be stored
31591 in symbolic form without ever activating the @code{deriv} function.  Press
31592 @kbd{m D} to turn the default simplifications back on afterwards.
31594 @node Lisp Definitions, , Algebraic Definitions, Programming
31595 @section Programming with Lisp
31597 @noindent
31598 The Calculator can be programmed quite extensively in Lisp.  All you
31599 do is write a normal Lisp function definition, but with @code{defmath}
31600 in place of @code{defun}.  This has the same form as @code{defun}, but it
31601 automagically replaces calls to standard Lisp functions like @code{+} and
31602 @code{zerop} with calls to the corresponding functions in Calc's own library.
31603 Thus you can write natural-looking Lisp code which operates on all of the
31604 standard Calculator data types.  You can then use @kbd{Z D} if you wish to
31605 bind your new command to a @kbd{z}-prefix key sequence.  The @kbd{Z E} command
31606 will not edit a Lisp-based definition.
31608 Emacs Lisp is described in the GNU Emacs Lisp Reference Manual.  This section
31609 assumes a familiarity with Lisp programming concepts; if you do not know
31610 Lisp, you may find keyboard macros or rewrite rules to be an easier way
31611 to program the Calculator.
31613 This section first discusses ways to write commands, functions, or
31614 small programs to be executed inside of Calc.  Then it discusses how
31615 your own separate programs are able to call Calc from the outside.
31616 Finally, there is a list of internal Calc functions and data structures
31617 for the true Lisp enthusiast.
31619 @menu
31620 * Defining Functions::
31621 * Defining Simple Commands::
31622 * Defining Stack Commands::
31623 * Argument Qualifiers::
31624 * Example Definitions::
31626 * Calling Calc from Your Programs::
31627 * Internals::
31628 @end menu
31630 @node Defining Functions, Defining Simple Commands, Lisp Definitions, Lisp Definitions
31631 @subsection Defining New Functions
31633 @noindent
31634 @findex defmath
31635 The @code{defmath} function (actually a Lisp macro) is like @code{defun}
31636 except that code in the body of the definition can make use of the full
31637 range of Calculator data types.  The prefix @samp{calcFunc-} is added
31638 to the specified name to get the actual Lisp function name.  As a simple
31639 example,
31641 @example
31642 (defmath myfact (n)
31643   (if (> n 0)
31644       (* n (myfact (1- n)))
31645     1))
31646 @end example
31648 @noindent
31649 This actually expands to the code,
31651 @example
31652 (defun calcFunc-myfact (n)
31653   (if (math-posp n)
31654       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31655     1))
31656 @end example
31658 @noindent
31659 This function can be used in algebraic expressions, e.g., @samp{myfact(5)}.
31661 The @samp{myfact} function as it is defined above has the bug that an
31662 expression @samp{myfact(a+b)} will be simplified to 1 because the
31663 formula @samp{a+b} is not considered to be @code{posp}.  A robust
31664 factorial function would be written along the following lines:
31666 @smallexample
31667 (defmath myfact (n)
31668   (if (> n 0)
31669       (* n (myfact (1- n)))
31670     (if (= n 0)
31671         1
31672       nil)))    ; this could be simplified as: (and (= n 0) 1)
31673 @end smallexample
31675 If a function returns @code{nil}, it is left unsimplified by the Calculator
31676 (except that its arguments will be simplified).  Thus, @samp{myfact(a+1+2)}
31677 will be simplified to @samp{myfact(a+3)} but no further.  Beware that every
31678 time the Calculator reexamines this formula it will attempt to resimplify
31679 it, so your function ought to detect the returning-@code{nil} case as
31680 efficiently as possible.
31682 The following standard Lisp functions are treated by @code{defmath}:
31683 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^} or
31684 @code{expt}, @code{=}, @code{<}, @code{>}, @code{<=}, @code{>=},
31685 @code{/=}, @code{1+}, @code{1-}, @code{logand}, @code{logior}, @code{logxor},
31686 @code{logandc2}, @code{lognot}.  Also, @code{~=} is an abbreviation for
31687 @code{math-nearly-equal}, which is useful in implementing Taylor series.
31689 For other functions @var{func}, if a function by the name
31690 @samp{calcFunc-@var{func}} exists it is used, otherwise if a function by the
31691 name @samp{math-@var{func}} exists it is used, otherwise if @var{func} itself
31692 is defined as a function it is used, otherwise @samp{calcFunc-@var{func}} is
31693 used on the assumption that this is a to-be-defined math function.  Also, if
31694 the function name is quoted as in @samp{('integerp a)} the function name is
31695 always used exactly as written (but not quoted).
31697 Variable names have @samp{var-} prepended to them unless they appear in
31698 the function's argument list or in an enclosing @code{let}, @code{let*},
31699 @code{for}, or @code{foreach} form,
31700 or their names already contain a @samp{-} character.  Thus a reference to
31701 @samp{foo} is the same as a reference to @samp{var-foo}.
31703 A few other Lisp extensions are available in @code{defmath} definitions:
31705 @itemize @bullet
31706 @item
31707 The @code{elt} function accepts any number of index variables.
31708 Note that Calc vectors are stored as Lisp lists whose first
31709 element is the symbol @code{vec}; thus, @samp{(elt v 2)} yields
31710 the second element of vector @code{v}, and @samp{(elt m i j)}
31711 yields one element of a Calc matrix.
31713 @item
31714 The @code{setq} function has been extended to act like the Common
31715 Lisp @code{setf} function.  (The name @code{setf} is recognized as
31716 a synonym of @code{setq}.)  Specifically, the first argument of
31717 @code{setq} can be an @code{nth}, @code{elt}, @code{car}, or @code{cdr} form,
31718 in which case the effect is to store into the specified
31719 element of a list.  Thus, @samp{(setq (elt m i j) x)} stores @expr{x}
31720 into one element of a matrix.
31722 @item
31723 A @code{for} looping construct is available.  For example,
31724 @samp{(for ((i 0 10)) body)} executes @code{body} once for each
31725 binding of @expr{i} from zero to 10.  This is like a @code{let}
31726 form in that @expr{i} is temporarily bound to the loop count
31727 without disturbing its value outside the @code{for} construct.
31728 Nested loops, as in @samp{(for ((i 0 10) (j 0 (1- i) 2)) body)},
31729 are also available.  For each value of @expr{i} from zero to 10,
31730 @expr{j} counts from 0 to @expr{i-1} in steps of two.  Note that
31731 @code{for} has the same general outline as @code{let*}, except
31732 that each element of the header is a list of three or four
31733 things, not just two.
31735 @item
31736 The @code{foreach} construct loops over elements of a list.
31737 For example, @samp{(foreach ((x (cdr v))) body)} executes
31738 @code{body} with @expr{x} bound to each element of Calc vector
31739 @expr{v} in turn.  The purpose of @code{cdr} here is to skip over
31740 the initial @code{vec} symbol in the vector.
31742 @item
31743 The @code{break} function breaks out of the innermost enclosing
31744 @code{while}, @code{for}, or @code{foreach} loop.  If given a
31745 value, as in @samp{(break x)}, this value is returned by the
31746 loop.  (Lisp loops otherwise always return @code{nil}.)
31748 @item
31749 The @code{return} function prematurely returns from the enclosing
31750 function.  For example, @samp{(return (+ x y))} returns @expr{x+y}
31751 as the value of a function.  You can use @code{return} anywhere
31752 inside the body of the function.
31753 @end itemize
31755 Non-integer numbers (and extremely large integers) cannot be included
31756 directly into a @code{defmath} definition.  This is because the Lisp
31757 reader will fail to parse them long before @code{defmath} ever gets control.
31758 Instead, use the notation, @samp{:"3.1415"}.  In fact, any algebraic
31759 formula can go between the quotes.  For example,
31761 @smallexample
31762 (defmath sqexp (x)     ; sqexp(x) == sqrt(exp(x)) == exp(x*0.5)
31763   (and (numberp x)
31764        (exp :"x * 0.5")))
31765 @end smallexample
31767 expands to
31769 @smallexample
31770 (defun calcFunc-sqexp (x)
31771   (and (math-numberp x)
31772        (calcFunc-exp (math-mul x '(float 5 -1)))))
31773 @end smallexample
31775 Note the use of @code{numberp} as a guard to ensure that the argument is
31776 a number first, returning @code{nil} if not.  The exponential function
31777 could itself have been included in the expression, if we had preferred:
31778 @samp{:"exp(x * 0.5)"}.  As another example, the multiplication-and-recursion
31779 step of @code{myfact} could have been written
31781 @example
31782 :"n * myfact(n-1)"
31783 @end example
31785 A good place to put your @code{defmath} commands is your Calc init file
31786 (the file given by @code{calc-settings-file}, typically
31787 @file{~/.calc.el}), which will not be loaded until Calc starts.
31788 If a file named @file{.emacs} exists in your home directory, Emacs reads
31789 and executes the Lisp forms in this file as it starts up.  While it may
31790 seem reasonable to put your favorite @code{defmath} commands there,
31791 this has the unfortunate side-effect that parts of the Calculator must be
31792 loaded in to process the @code{defmath} commands whether or not you will
31793 actually use the Calculator!  If you want to put the @code{defmath}
31794 commands there (for example, if you redefine @code{calc-settings-file}
31795 to be @file{.emacs}), a better effect can be had by writing
31797 @example
31798 (put 'calc-define 'thing '(progn
31799  (defmath ... )
31800  (defmath ... )
31802 @end example
31804 @noindent
31805 @vindex calc-define
31806 The @code{put} function adds a @dfn{property} to a symbol.  Each Lisp
31807 symbol has a list of properties associated with it.  Here we add a
31808 property with a name of @code{thing} and a @samp{(progn ...)} form as
31809 its value.  When Calc starts up, and at the start of every Calc command,
31810 the property list for the symbol @code{calc-define} is checked and the
31811 values of any properties found are evaluated as Lisp forms.  The
31812 properties are removed as they are evaluated.  The property names
31813 (like @code{thing}) are not used; you should choose something like the
31814 name of your project so as not to conflict with other properties.
31816 The net effect is that you can put the above code in your @file{.emacs}
31817 file and it will not be executed until Calc is loaded.  Or, you can put
31818 that same code in another file which you load by hand either before or
31819 after Calc itself is loaded.
31821 The properties of @code{calc-define} are evaluated in the same order
31822 that they were added.  They can assume that the Calc modules @file{calc.el},
31823 @file{calc-ext.el}, and @file{calc-macs.el} have been fully loaded, and
31824 that the @samp{*Calculator*} buffer will be the current buffer.
31826 If your @code{calc-define} property only defines algebraic functions,
31827 you can be sure that it will have been evaluated before Calc tries to
31828 call your function, even if the file defining the property is loaded
31829 after Calc is loaded.  But if the property defines commands or key
31830 sequences, it may not be evaluated soon enough.  (Suppose it defines the
31831 new command @code{tweak-calc}; the user can load your file, then type
31832 @kbd{M-x tweak-calc} before Calc has had chance to do anything.)  To
31833 protect against this situation, you can put
31835 @example
31836 (run-hooks 'calc-check-defines)
31837 @end example
31839 @findex calc-check-defines
31840 @noindent
31841 at the end of your file.  The @code{calc-check-defines} function is what
31842 looks for and evaluates properties on @code{calc-define}; @code{run-hooks}
31843 has the advantage that it is quietly ignored if @code{calc-check-defines}
31844 is not yet defined because Calc has not yet been loaded.
31846 Examples of things that ought to be enclosed in a @code{calc-define}
31847 property are @code{defmath} calls, @code{define-key} calls that modify
31848 the Calc key map, and any calls that redefine things defined inside Calc.
31849 Ordinary @code{defun}s need not be enclosed with @code{calc-define}.
31851 @node Defining Simple Commands, Defining Stack Commands, Defining Functions, Lisp Definitions
31852 @subsection Defining New Simple Commands
31854 @noindent
31855 @findex interactive
31856 If a @code{defmath} form contains an @code{interactive} clause, it defines
31857 a Calculator command.  Actually such a @code{defmath} results in @emph{two}
31858 function definitions:  One, a @samp{calcFunc-} function as was just described,
31859 with the @code{interactive} clause removed.  Two, a @samp{calc-} function
31860 with a suitable @code{interactive} clause and some sort of wrapper to make
31861 the command work in the Calc environment.
31863 In the simple case, the @code{interactive} clause has the same form as
31864 for normal Emacs Lisp commands:
31866 @smallexample
31867 (defmath increase-precision (delta)
31868   "Increase precision by DELTA."     ; This is the "documentation string"
31869   (interactive "p")                  ; Register this as a M-x-able command
31870   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31871 @end smallexample
31873 This expands to the pair of definitions,
31875 @smallexample
31876 (defun calc-increase-precision (delta)
31877   "Increase precision by DELTA."
31878   (interactive "p")
31879   (calc-wrapper
31880    (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta))))
31882 (defun calcFunc-increase-precision (delta)
31883   "Increase precision by DELTA."
31884   (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta)))
31885 @end smallexample
31887 @noindent
31888 where in this case the latter function would never really be used!  Note
31889 that since the Calculator stores small integers as plain Lisp integers,
31890 the @code{math-add} function will work just as well as the native
31891 @code{+} even when the intent is to operate on native Lisp integers.
31893 @findex calc-wrapper
31894 The @samp{calc-wrapper} call invokes a macro which surrounds the body of
31895 the function with code that looks roughly like this:
31897 @smallexample
31898 (let ((calc-command-flags nil))
31899   (unwind-protect
31900       (save-excursion
31901         (calc-select-buffer)
31902         @emph{body of function}
31903         @emph{renumber stack}
31904         @emph{clear} Working @emph{message})
31905     @emph{realign cursor and window}
31906     @emph{clear Inverse, Hyperbolic, and Keep Args flags}
31907     @emph{update Emacs mode line}))
31908 @end smallexample
31910 @findex calc-select-buffer
31911 The @code{calc-select-buffer} function selects the @samp{*Calculator*}
31912 buffer if necessary, say, because the command was invoked from inside
31913 the @samp{*Calc Trail*} window.
31915 @findex calc-set-command-flag
31916 You can call, for example, @code{(calc-set-command-flag 'no-align)} to
31917 set the above-mentioned command flags.  Calc routines recognize the
31918 following command flags:
31920 @table @code
31921 @item renum-stack
31922 Stack line numbers @samp{1:}, @samp{2:}, and so on must be renumbered
31923 after this command completes.  This is set by routines like
31924 @code{calc-push}.
31926 @item clear-message
31927 Calc should call @samp{(message "")} if this command completes normally
31928 (to clear a ``Working@dots{}'' message out of the echo area).
31930 @item no-align
31931 Do not move the cursor back to the @samp{.} top-of-stack marker.
31933 @item position-point
31934 Use the variables @code{calc-position-point-line} and
31935 @code{calc-position-point-column} to position the cursor after
31936 this command finishes.
31938 @item keep-flags
31939 Do not clear @code{calc-inverse-flag}, @code{calc-hyperbolic-flag},
31940 and @code{calc-keep-args-flag} at the end of this command.
31942 @item do-edit
31943 Switch to buffer @samp{*Calc Edit*} after this command.
31945 @item hold-trail
31946 Do not move trail pointer to end of trail when something is recorded
31947 there.
31948 @end table
31950 @kindex Y
31951 @kindex Y ?
31952 @vindex calc-Y-help-msgs
31953 Calc reserves a special prefix key, shift-@kbd{Y}, for user-written
31954 extensions to Calc.  There are no built-in commands that work with
31955 this prefix key; you must call @code{define-key} from Lisp (probably
31956 from inside a @code{calc-define} property) to add to it.  Initially only
31957 @kbd{Y ?} is defined; it takes help messages from a list of strings
31958 (initially @code{nil}) in the variable @code{calc-Y-help-msgs}.  All
31959 other undefined keys except for @kbd{Y} are reserved for use by
31960 future versions of Calc.
31962 If you are writing a Calc enhancement which you expect to give to
31963 others, it is best to minimize the number of @kbd{Y}-key sequences
31964 you use.  In fact, if you have more than one key sequence you should
31965 consider defining three-key sequences with a @kbd{Y}, then a key that
31966 stands for your package, then a third key for the particular command
31967 within your package.
31969 Users may wish to install several Calc enhancements, and it is possible
31970 that several enhancements will choose to use the same key.  In the
31971 example below, a variable @code{inc-prec-base-key} has been defined
31972 to contain the key that identifies the @code{inc-prec} package.  Its
31973 value is initially @code{"P"}, but a user can change this variable
31974 if necessary without having to modify the file.
31976 Here is a complete file, @file{inc-prec.el}, which makes a @kbd{Y P I}
31977 command that increases the precision, and a @kbd{Y P D} command that
31978 decreases the precision.
31980 @smallexample
31981 ;;; Increase and decrease Calc precision.  Dave Gillespie, 5/31/91.
31982 ;; (Include copyright or copyleft stuff here.)
31984 (defvar inc-prec-base-key "P"
31985   "Base key for inc-prec.el commands.")
31987 (put 'calc-define 'inc-prec '(progn
31989 (define-key calc-mode-map (format "Y%sI" inc-prec-base-key)
31990             'increase-precision)
31991 (define-key calc-mode-map (format "Y%sD" inc-prec-base-key)
31992             'decrease-precision)
31994 (setq calc-Y-help-msgs
31995       (cons (format "%s + Inc-prec, Dec-prec" inc-prec-base-key)
31996             calc-Y-help-msgs))
31998 (defmath increase-precision (delta)
31999   "Increase precision by DELTA."
32000   (interactive "p")
32001   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
32003 (defmath decrease-precision (delta)
32004   "Decrease precision by DELTA."
32005   (interactive "p")
32006   (setq calc-internal-prec (- calc-internal-prec delta)))
32008 ))  ; end of calc-define property
32010 (run-hooks 'calc-check-defines)
32011 @end smallexample
32013 @node Defining Stack Commands, Argument Qualifiers, Defining Simple Commands, Lisp Definitions
32014 @subsection Defining New Stack-Based Commands
32016 @noindent
32017 To define a new computational command which takes and/or leaves arguments
32018 on the stack, a special form of @code{interactive} clause is used.
32020 @example
32021 (interactive @var{num} @var{tag})
32022 @end example
32024 @noindent
32025 where @var{num} is an integer, and @var{tag} is a string.  The effect is
32026 to pop @var{num} values off the stack, resimplify them by calling
32027 @code{calc-normalize}, and hand them to your function according to the
32028 function's argument list.  Your function may include @code{&optional} and
32029 @code{&rest} parameters, so long as calling the function with @var{num}
32030 parameters is valid.
32032 Your function must return either a number or a formula in a form
32033 acceptable to Calc, or a list of such numbers or formulas.  These value(s)
32034 are pushed onto the stack when the function completes.  They are also
32035 recorded in the Calc Trail buffer on a line beginning with @var{tag},
32036 a string of (normally) four characters or less.  If you omit @var{tag}
32037 or use @code{nil} as a tag, the result is not recorded in the trail.
32039 As an example, the definition
32041 @smallexample
32042 (defmath myfact (n)
32043   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
32044   (interactive 1 "fact")
32045   (if (> n 0)
32046       (* n (myfact (1- n)))
32047     (and (= n 0) 1)))
32048 @end smallexample
32050 @noindent
32051 is a version of the factorial function shown previously which can be used
32052 as a command as well as an algebraic function.  It expands to
32054 @smallexample
32055 (defun calc-myfact ()
32056   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
32057   (interactive)
32058   (calc-slow-wrapper
32059    (calc-enter-result 1 "fact"
32060      (cons 'calcFunc-myfact (calc-top-list-n 1)))))
32062 (defun calcFunc-myfact (n)
32063   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
32064   (if (math-posp n)
32065       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
32066     (and (math-zerop n) 1)))
32067 @end smallexample
32069 @findex calc-slow-wrapper
32070 The @code{calc-slow-wrapper} function is a version of @code{calc-wrapper}
32071 that automatically puts up a @samp{Working...} message before the
32072 computation begins.  (This message can be turned off by the user
32073 with an @kbd{m w} (@code{calc-working}) command.)
32075 @findex calc-top-list-n
32076 The @code{calc-top-list-n} function returns a list of the specified number
32077 of values from the top of the stack.  It resimplifies each value by
32078 calling @code{calc-normalize}.  If its argument is zero it returns an
32079 empty list.  It does not actually remove these values from the stack.
32081 @findex calc-enter-result
32082 The @code{calc-enter-result} function takes an integer @var{num} and string
32083 @var{tag} as described above, plus a third argument which is either a
32084 Calculator data object or a list of such objects.  These objects are
32085 resimplified and pushed onto the stack after popping the specified number
32086 of values from the stack.  If @var{tag} is non-@code{nil}, the values
32087 being pushed are also recorded in the trail.
32089 Note that if @code{calcFunc-myfact} returns @code{nil} this represents
32090 ``leave the function in symbolic form.''  To return an actual empty list,
32091 in the sense that @code{calc-enter-result} will push zero elements back
32092 onto the stack, you should return the special value @samp{'(nil)}, a list
32093 containing the single symbol @code{nil}.
32095 The @code{interactive} declaration can actually contain a limited
32096 Emacs-style code string as well which comes just before @var{num} and
32097 @var{tag}.  Currently the only Emacs code supported is @samp{"p"}, as in
32099 @example
32100 (defmath foo (a b &optional c)
32101   (interactive "p" 2 "foo")
32102   @var{body})
32103 @end example
32105 In this example, the command @code{calc-foo} will evaluate the expression
32106 @samp{foo(a,b)} if executed with no argument, or @samp{foo(a,b,n)} if
32107 executed with a numeric prefix argument of @expr{n}.
32109 The other code string allowed is @samp{"m"} (unrelated to the usual @samp{"m"}
32110 code as used with @code{defun}).  It uses the numeric prefix argument as the
32111 number of objects to remove from the stack and pass to the function.
32112 In this case, the integer @var{num} serves as a default number of
32113 arguments to be used when no prefix is supplied.
32115 @node Argument Qualifiers, Example Definitions, Defining Stack Commands, Lisp Definitions
32116 @subsection Argument Qualifiers
32118 @noindent
32119 Anywhere a parameter name can appear in the parameter list you can also use
32120 an @dfn{argument qualifier}.  Thus the general form of a definition is:
32122 @example
32123 (defmath @var{name} (@var{param} @var{param...}
32124                &optional @var{param} @var{param...}
32125                &rest @var{param})
32126   @var{body})
32127 @end example
32129 @noindent
32130 where each @var{param} is either a symbol or a list of the form
32132 @example
32133 (@var{qual} @var{param})
32134 @end example
32136 The following qualifiers are recognized:
32138 @table @samp
32139 @item complete
32140 @findex complete
32141 The argument must not be an incomplete vector, interval, or complex number.
32142 (This is rarely needed since the Calculator itself will never call your
32143 function with an incomplete argument.  But there is nothing stopping your
32144 own Lisp code from calling your function with an incomplete argument.)
32146 @item integer
32147 @findex integer
32148 The argument must be an integer.  If it is an integer-valued float
32149 it will be accepted but converted to integer form.  Non-integers and
32150 formulas are rejected.
32152 @item natnum
32153 @findex natnum
32154 Like @samp{integer}, but the argument must be non-negative.
32156 @item fixnum
32157 @findex fixnum
32158 Like @samp{integer}, but the argument must fit into a native Lisp integer,
32159 which on most systems means less than 2^23 in absolute value.  The
32160 argument is converted into Lisp-integer form if necessary.
32162 @item float
32163 @findex float
32164 The argument is converted to floating-point format if it is a number or
32165 vector.  If it is a formula it is left alone.  (The argument is never
32166 actually rejected by this qualifier.)
32168 @item @var{pred}
32169 The argument must satisfy predicate @var{pred}, which is one of the
32170 standard Calculator predicates.  @xref{Predicates}.
32172 @item not-@var{pred}
32173 The argument must @emph{not} satisfy predicate @var{pred}.
32174 @end table
32176 For example,
32178 @example
32179 (defmath foo (a (constp (not-matrixp b)) &optional (float c)
32180               &rest (integer d))
32181   @var{body})
32182 @end example
32184 @noindent
32185 expands to
32187 @example
32188 (defun calcFunc-foo (a b &optional c &rest d)
32189   (and (math-matrixp b)
32190        (math-reject-arg b 'not-matrixp))
32191   (or (math-constp b)
32192       (math-reject-arg b 'constp))
32193   (and c (setq c (math-check-float c)))
32194   (setq d (mapcar 'math-check-integer d))
32195   @var{body})
32196 @end example
32198 @noindent
32199 which performs the necessary checks and conversions before executing the
32200 body of the function.
32202 @node Example Definitions, Calling Calc from Your Programs, Argument Qualifiers, Lisp Definitions
32203 @subsection Example Definitions
32205 @noindent
32206 This section includes some Lisp programming examples on a larger scale.
32207 These programs make use of some of the Calculator's internal functions;
32208 @pxref{Internals}.
32210 @menu
32211 * Bit Counting Example::
32212 * Sine Example::
32213 @end menu
32215 @node Bit Counting Example, Sine Example, Example Definitions, Example Definitions
32216 @subsubsection Bit-Counting
32218 @noindent
32219 @ignore
32220 @starindex
32221 @end ignore
32222 @tindex bcount
32223 Calc does not include a built-in function for counting the number of
32224 ``one'' bits in a binary integer.  It's easy to invent one using @kbd{b u}
32225 to convert the integer to a set, and @kbd{V #} to count the elements of
32226 that set; let's write a function that counts the bits without having to
32227 create an intermediate set.
32229 @smallexample
32230 (defmath bcount ((natnum n))
32231   (interactive 1 "bcnt")
32232   (let ((count 0))
32233     (while (> n 0)
32234       (if (oddp n)
32235           (setq count (1+ count)))
32236       (setq n (lsh n -1)))
32237     count))
32238 @end smallexample
32240 @noindent
32241 When this is expanded by @code{defmath}, it will become the following
32242 Emacs Lisp function:
32244 @smallexample
32245 (defun calcFunc-bcount (n)
32246   (setq n (math-check-natnum n))
32247   (let ((count 0))
32248     (while (math-posp n)
32249       (if (math-oddp n)
32250           (setq count (math-add count 1)))
32251       (setq n (calcFunc-lsh n -1)))
32252     count))
32253 @end smallexample
32255 If the input numbers are large, this function involves a fair amount
32256 of arithmetic.  A binary right shift is essentially a division by two;
32257 recall that Calc stores integers in decimal form so bit shifts must
32258 involve actual division.
32260 To gain a bit more efficiency, we could divide the integer into
32261 @var{n}-bit chunks, each of which can be handled quickly because
32262 they fit into Lisp integers.  It turns out that Calc's arithmetic
32263 routines are especially fast when dividing by an integer less than
32264 1000, so we can set @var{n = 9} bits and use repeated division by 512:
32266 @smallexample
32267 (defmath bcount ((natnum n))
32268   (interactive 1 "bcnt")
32269   (let ((count 0))
32270     (while (not (fixnump n))
32271       (let ((qr (idivmod n 512)))
32272         (setq count (+ count (bcount-fixnum (cdr qr)))
32273               n (car qr))))
32274     (+ count (bcount-fixnum n))))
32276 (defun bcount-fixnum (n)
32277   (let ((count 0))
32278     (while (> n 0)
32279       (setq count (+ count (logand n 1))
32280             n (lsh n -1)))
32281     count))
32282 @end smallexample
32284 @noindent
32285 Note that the second function uses @code{defun}, not @code{defmath}.
32286 Because this function deals only with native Lisp integers (``fixnums''),
32287 it can use the actual Emacs @code{+} and related functions rather
32288 than the slower but more general Calc equivalents which @code{defmath}
32289 uses.
32291 The @code{idivmod} function does an integer division, returning both
32292 the quotient and the remainder at once.  Again, note that while it
32293 might seem that @samp{(logand n 511)} and @samp{(lsh n -9)} are
32294 more efficient ways to split off the bottom nine bits of @code{n},
32295 actually they are less efficient because each operation is really
32296 a division by 512 in disguise; @code{idivmod} allows us to do the
32297 same thing with a single division by 512.
32299 @node Sine Example, , Bit Counting Example, Example Definitions
32300 @subsubsection The Sine Function
32302 @noindent
32303 @ignore
32304 @starindex
32305 @end ignore
32306 @tindex mysin
32307 A somewhat limited sine function could be defined as follows, using the
32308 well-known Taylor series expansion for 
32309 @texline @math{\sin x}:
32310 @infoline @samp{sin(x)}:
32312 @smallexample
32313 (defmath mysin ((float (anglep x)))
32314   (interactive 1 "mysn")
32315   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32316   (let ((sum x)              ; Initial term of Taylor expansion of sin.
32317         newsum
32318         (nfact 1)            ; "nfact" equals "n" factorial at all times.
32319         (xnegsqr :"-(x^2)")) ; "xnegsqr" equals -x^2.
32320     (for ((n 3 100 2))       ; Upper limit of 100 is a good precaution.
32321       (working "mysin" sum)  ; Display "Working" message, if enabled.
32322       (setq nfact (* nfact (1- n) n)
32323             x (* x xnegsqr)
32324             newsum (+ sum (/ x nfact)))
32325       (if (~= newsum sum)    ; If newsum is "nearly equal to" sum,
32326           (break))           ;  then we are done.
32327       (setq sum newsum))
32328     sum))
32329 @end smallexample
32331 The actual @code{sin} function in Calc works by first reducing the problem
32332 to a sine or cosine of a nonnegative number less than @cpiover{4}.  This
32333 ensures that the Taylor series will converge quickly.  Also, the calculation
32334 is carried out with two extra digits of precision to guard against cumulative
32335 round-off in @samp{sum}.  Finally, complex arguments are allowed and handled
32336 by a separate algorithm.
32338 @smallexample
32339 (defmath mysin ((float (scalarp x)))
32340   (interactive 1 "mysn")
32341   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32342   (with-extra-prec 2         ; Evaluate with extra precision.
32343     (cond ((complexp x)
32344            (mysin-complex x))
32345           ((< x 0)
32346            (- (mysin-raw (- x)))    ; Always call mysin-raw with x >= 0.
32347           (t (mysin-raw x))))))
32349 (defmath mysin-raw (x)
32350   (cond ((>= x 7)
32351          (mysin-raw (% x (two-pi))))     ; Now x < 7.
32352         ((> x (pi-over-2))
32353          (- (mysin-raw (- x (pi)))))     ; Now -pi/2 <= x <= pi/2.
32354         ((> x (pi-over-4))
32355          (mycos-raw (- x (pi-over-2))))  ; Now -pi/2 <= x <= pi/4.
32356         ((< x (- (pi-over-4)))
32357          (- (mycos-raw (+ x (pi-over-2)))))  ; Now -pi/4 <= x <= pi/4,
32358         (t (mysin-series x))))           ; so the series will be efficient.
32359 @end smallexample
32361 @noindent
32362 where @code{mysin-complex} is an appropriate function to handle complex
32363 numbers, @code{mysin-series} is the routine to compute the sine Taylor
32364 series as before, and @code{mycos-raw} is a function analogous to
32365 @code{mysin-raw} for cosines.
32367 The strategy is to ensure that @expr{x} is nonnegative before calling
32368 @code{mysin-raw}.  This function then recursively reduces its argument
32369 to a suitable range, namely, plus-or-minus @cpiover{4}.  Note that each
32370 test, and particularly the first comparison against 7, is designed so
32371 that small roundoff errors cannot produce an infinite loop.  (Suppose
32372 we compared with @samp{(two-pi)} instead; if due to roundoff problems
32373 the modulo operator ever returned @samp{(two-pi)} exactly, an infinite
32374 recursion could result!)  We use modulo only for arguments that will
32375 clearly get reduced, knowing that the next rule will catch any reductions
32376 that this rule misses.
32378 If a program is being written for general use, it is important to code
32379 it carefully as shown in this second example.  For quick-and-dirty programs,
32380 when you know that your own use of the sine function will never encounter
32381 a large argument, a simpler program like the first one shown is fine.
32383 @node Calling Calc from Your Programs, Internals, Example Definitions, Lisp Definitions
32384 @subsection Calling Calc from Your Lisp Programs
32386 @noindent
32387 A later section (@pxref{Internals}) gives a full description of
32388 Calc's internal Lisp functions.  It's not hard to call Calc from
32389 inside your programs, but the number of these functions can be daunting.
32390 So Calc provides one special ``programmer-friendly'' function called
32391 @code{calc-eval} that can be made to do just about everything you
32392 need.  It's not as fast as the low-level Calc functions, but it's
32393 much simpler to use!
32395 It may seem that @code{calc-eval} itself has a daunting number of
32396 options, but they all stem from one simple operation.
32398 In its simplest manifestation, @samp{(calc-eval "1+2")} parses the
32399 string @code{"1+2"} as if it were a Calc algebraic entry and returns
32400 the result formatted as a string: @code{"3"}.
32402 Since @code{calc-eval} is on the list of recommended @code{autoload}
32403 functions, you don't need to make any special preparations to load
32404 Calc before calling @code{calc-eval} the first time.  Calc will be
32405 loaded and initialized for you.
32407 All the Calc modes that are currently in effect will be used when
32408 evaluating the expression and formatting the result.
32410 @ifinfo
32411 @example
32413 @end example
32414 @end ifinfo
32415 @subsubsection Additional Arguments to @code{calc-eval}
32417 @noindent
32418 If the input string parses to a list of expressions, Calc returns
32419 the results separated by @code{", "}.  You can specify a different
32420 separator by giving a second string argument to @code{calc-eval}:
32421 @samp{(calc-eval "1+2,3+4" ";")} returns @code{"3;7"}.
32423 The ``separator'' can also be any of several Lisp symbols which
32424 request other behaviors from @code{calc-eval}.  These are discussed
32425 one by one below.
32427 You can give additional arguments to be substituted for
32428 @samp{$}, @samp{$$}, and so on in the main expression.  For
32429 example, @samp{(calc-eval "$/$$" nil "7" "1+1")} evaluates the
32430 expression @code{"7/(1+1)"} to yield the result @code{"3.5"}
32431 (assuming Fraction mode is not in effect).  Note the @code{nil}
32432 used as a placeholder for the item-separator argument.
32434 @ifinfo
32435 @example
32437 @end example
32438 @end ifinfo
32439 @subsubsection Error Handling
32441 @noindent
32442 If @code{calc-eval} encounters an error, it returns a list containing
32443 the character position of the error, plus a suitable message as a
32444 string.  Note that @samp{1 / 0} is @emph{not} an error by Calc's
32445 standards; it simply returns the string @code{"1 / 0"} which is the
32446 division left in symbolic form.  But @samp{(calc-eval "1/")} will
32447 return the list @samp{(2 "Expected a number")}.
32449 If you bind the variable @code{calc-eval-error} to @code{t}
32450 using a @code{let} form surrounding the call to @code{calc-eval},
32451 errors instead call the Emacs @code{error} function which aborts
32452 to the Emacs command loop with a beep and an error message.
32454 If you bind this variable to the symbol @code{string}, error messages
32455 are returned as strings instead of lists.  The character position is
32456 ignored.
32458 As a courtesy to other Lisp code which may be using Calc, be sure
32459 to bind @code{calc-eval-error} using @code{let} rather than changing
32460 it permanently with @code{setq}.
32462 @ifinfo
32463 @example
32465 @end example
32466 @end ifinfo
32467 @subsubsection Numbers Only
32469 @noindent
32470 Sometimes it is preferable to treat @samp{1 / 0} as an error
32471 rather than returning a symbolic result.  If you pass the symbol
32472 @code{num} as the second argument to @code{calc-eval}, results
32473 that are not constants are treated as errors.  The error message
32474 reported is the first @code{calc-why} message if there is one,
32475 or otherwise ``Number expected.''
32477 A result is ``constant'' if it is a number, vector, or other
32478 object that does not include variables or function calls.  If it
32479 is a vector, the components must themselves be constants.
32481 @ifinfo
32482 @example
32484 @end example
32485 @end ifinfo
32486 @subsubsection Default Modes
32488 @noindent
32489 If the first argument to @code{calc-eval} is a list whose first
32490 element is a formula string, then @code{calc-eval} sets all the
32491 various Calc modes to their default values while the formula is
32492 evaluated and formatted.  For example, the precision is set to 12
32493 digits, digit grouping is turned off, and the Normal language
32494 mode is used.
32496 This same principle applies to the other options discussed below.
32497 If the first argument would normally be @var{x}, then it can also
32498 be the list @samp{(@var{x})} to use the default mode settings.
32500 If there are other elements in the list, they are taken as
32501 variable-name/value pairs which override the default mode
32502 settings.  Look at the documentation at the front of the
32503 @file{calc.el} file to find the names of the Lisp variables for
32504 the various modes.  The mode settings are restored to their
32505 original values when @code{calc-eval} is done.
32507 For example, @samp{(calc-eval '("$+$$" calc-internal-prec 8) 'num a b)}
32508 computes the sum of two numbers, requiring a numeric result, and
32509 using default mode settings except that the precision is 8 instead
32510 of the default of 12.
32512 It's usually best to use this form of @code{calc-eval} unless your
32513 program actually considers the interaction with Calc's mode settings
32514 to be a feature.  This will avoid all sorts of potential ``gotchas'';
32515 consider what happens with @samp{(calc-eval "sqrt(2)" 'num)}
32516 when the user has left Calc in Symbolic mode or No-Simplify mode.
32518 As another example, @samp{(equal (calc-eval '("$<$$") nil a b) "1")}
32519 checks if the number in string @expr{a} is less than the one in
32520 string @expr{b}.  Without using a list, the integer 1 might
32521 come out in a variety of formats which would be hard to test for
32522 conveniently: @code{"1"}, @code{"8#1"}, @code{"00001"}.  (But
32523 see ``Predicates'' mode, below.)
32525 @ifinfo
32526 @example
32528 @end example
32529 @end ifinfo
32530 @subsubsection Raw Numbers
32532 @noindent
32533 Normally all input and output for @code{calc-eval} is done with strings.
32534 You can do arithmetic with, say, @samp{(calc-eval "$+$$" nil a b)}
32535 in place of @samp{(+ a b)}, but this is very inefficient since the
32536 numbers must be converted to and from string format as they are passed
32537 from one @code{calc-eval} to the next.
32539 If the separator is the symbol @code{raw}, the result will be returned
32540 as a raw Calc data structure rather than a string.  You can read about
32541 how these objects look in the following sections, but usually you can
32542 treat them as ``black box'' objects with no important internal
32543 structure.
32545 There is also a @code{rawnum} symbol, which is a combination of
32546 @code{raw} (returning a raw Calc object) and @code{num} (signaling
32547 an error if that object is not a constant).
32549 You can pass a raw Calc object to @code{calc-eval} in place of a
32550 string, either as the formula itself or as one of the @samp{$}
32551 arguments.  Thus @samp{(calc-eval "$+$$" 'raw a b)} is an
32552 addition function that operates on raw Calc objects.  Of course
32553 in this case it would be easier to call the low-level @code{math-add}
32554 function in Calc, if you can remember its name.
32556 In particular, note that a plain Lisp integer is acceptable to Calc
32557 as a raw object.  (All Lisp integers are accepted on input, but
32558 integers of more than six decimal digits are converted to ``big-integer''
32559 form for output.  @xref{Data Type Formats}.)
32561 When it comes time to display the object, just use @samp{(calc-eval a)}
32562 to format it as a string.
32564 It is an error if the input expression evaluates to a list of
32565 values.  The separator symbol @code{list} is like @code{raw}
32566 except that it returns a list of one or more raw Calc objects.
32568 Note that a Lisp string is not a valid Calc object, nor is a list
32569 containing a string.  Thus you can still safely distinguish all the
32570 various kinds of error returns discussed above.
32572 @ifinfo
32573 @example
32575 @end example
32576 @end ifinfo
32577 @subsubsection Predicates
32579 @noindent
32580 If the separator symbol is @code{pred}, the result of the formula is
32581 treated as a true/false value; @code{calc-eval} returns @code{t} or
32582 @code{nil}, respectively.  A value is considered ``true'' if it is a
32583 non-zero number, or false if it is zero or if it is not a number.
32585 For example, @samp{(calc-eval "$<$$" 'pred a b)} tests whether
32586 one value is less than another.
32588 As usual, it is also possible for @code{calc-eval} to return one of
32589 the error indicators described above.  Lisp will interpret such an
32590 indicator as ``true'' if you don't check for it explicitly.  If you
32591 wish to have an error register as ``false'', use something like
32592 @samp{(eq (calc-eval ...) t)}.
32594 @ifinfo
32595 @example
32597 @end example
32598 @end ifinfo
32599 @subsubsection Variable Values
32601 @noindent
32602 Variables in the formula passed to @code{calc-eval} are not normally
32603 replaced by their values.  If you wish this, you can use the
32604 @code{evalv} function (@pxref{Algebraic Manipulation}).  For example,
32605 if 4 is stored in Calc variable @code{a} (i.e., in Lisp variable
32606 @code{var-a}), then @samp{(calc-eval "a+pi")} will return the
32607 formula @code{"a + pi"}, but @samp{(calc-eval "evalv(a+pi)")}
32608 will return @code{"7.14159265359"}.
32610 To store in a Calc variable, just use @code{setq} to store in the
32611 corresponding Lisp variable.  (This is obtained by prepending
32612 @samp{var-} to the Calc variable name.)  Calc routines will
32613 understand either string or raw form values stored in variables,
32614 although raw data objects are much more efficient.  For example,
32615 to increment the Calc variable @code{a}:
32617 @example
32618 (setq var-a (calc-eval "evalv(a+1)" 'raw))
32619 @end example
32621 @ifinfo
32622 @example
32624 @end example
32625 @end ifinfo
32626 @subsubsection Stack Access
32628 @noindent
32629 If the separator symbol is @code{push}, the formula argument is
32630 evaluated (with possible @samp{$} expansions, as usual).  The
32631 result is pushed onto the Calc stack.  The return value is @code{nil}
32632 (unless there is an error from evaluating the formula, in which
32633 case the return value depends on @code{calc-eval-error} in the
32634 usual way).
32636 If the separator symbol is @code{pop}, the first argument to
32637 @code{calc-eval} must be an integer instead of a string.  That
32638 many values are popped from the stack and thrown away.  A negative
32639 argument deletes the entry at that stack level.  The return value
32640 is the number of elements remaining in the stack after popping;
32641 @samp{(calc-eval 0 'pop)} is a good way to measure the size of
32642 the stack.
32644 If the separator symbol is @code{top}, the first argument to
32645 @code{calc-eval} must again be an integer.  The value at that
32646 stack level is formatted as a string and returned.  Thus
32647 @samp{(calc-eval 1 'top)} returns the top-of-stack value.  If the
32648 integer is out of range, @code{nil} is returned.
32650 The separator symbol @code{rawtop} is just like @code{top} except
32651 that the stack entry is returned as a raw Calc object instead of
32652 as a string.
32654 In all of these cases the first argument can be made a list in
32655 order to force the default mode settings, as described above.
32656 Thus @samp{(calc-eval '(2 calc-number-radix 16) 'top)} returns the
32657 second-to-top stack entry, formatted as a string using the default
32658 instead of current display modes, except that the radix is
32659 hexadecimal instead of decimal.
32661 It is, of course, polite to put the Calc stack back the way you
32662 found it when you are done, unless the user of your program is
32663 actually expecting it to affect the stack.
32665 Note that you do not actually have to switch into the @samp{*Calculator*}
32666 buffer in order to use @code{calc-eval}; it temporarily switches into
32667 the stack buffer if necessary.
32669 @ifinfo
32670 @example
32672 @end example
32673 @end ifinfo
32674 @subsubsection Keyboard Macros
32676 @noindent
32677 If the separator symbol is @code{macro}, the first argument must be a
32678 string of characters which Calc can execute as a sequence of keystrokes.
32679 This switches into the Calc buffer for the duration of the macro.
32680 For example, @samp{(calc-eval "vx5\rVR+" 'macro)} pushes the
32681 vector @samp{[1,2,3,4,5]} on the stack and then replaces it
32682 with the sum of those numbers.  Note that @samp{\r} is the Lisp
32683 notation for the carriage-return, @key{RET}, character.
32685 If your keyboard macro wishes to pop the stack, @samp{\C-d} is
32686 safer than @samp{\177} (the @key{DEL} character) because some
32687 installations may have switched the meanings of @key{DEL} and
32688 @kbd{C-h}.  Calc always interprets @kbd{C-d} as a synonym for
32689 ``pop-stack'' regardless of key mapping.
32691 If you provide a third argument to @code{calc-eval}, evaluation
32692 of the keyboard macro will leave a record in the Trail using
32693 that argument as a tag string.  Normally the Trail is unaffected.
32695 The return value in this case is always @code{nil}.
32697 @ifinfo
32698 @example
32700 @end example
32701 @end ifinfo
32702 @subsubsection Lisp Evaluation
32704 @noindent
32705 Finally, if the separator symbol is @code{eval}, then the Lisp
32706 @code{eval} function is called on the first argument, which must
32707 be a Lisp expression rather than a Calc formula.  Remember to
32708 quote the expression so that it is not evaluated until inside
32709 @code{calc-eval}.
32711 The difference from plain @code{eval} is that @code{calc-eval}
32712 switches to the Calc buffer before evaluating the expression.
32713 For example, @samp{(calc-eval '(setq calc-internal-prec 17) 'eval)}
32714 will correctly affect the buffer-local Calc precision variable.
32716 An alternative would be @samp{(calc-eval '(calc-precision 17) 'eval)}.
32717 This is evaluating a call to the function that is normally invoked
32718 by the @kbd{p} key, giving it 17 as its ``numeric prefix argument.''
32719 Note that this function will leave a message in the echo area as
32720 a side effect.  Also, all Calc functions switch to the Calc buffer
32721 automatically if not invoked from there, so the above call is
32722 also equivalent to @samp{(calc-precision 17)} by itself.
32723 In all cases, Calc uses @code{save-excursion} to switch back to
32724 your original buffer when it is done.
32726 As usual the first argument can be a list that begins with a Lisp
32727 expression to use default instead of current mode settings.
32729 The result of @code{calc-eval} in this usage is just the result
32730 returned by the evaluated Lisp expression.
32732 @ifinfo
32733 @example
32735 @end example
32736 @end ifinfo
32737 @subsubsection Example
32739 @noindent
32740 @findex convert-temp
32741 Here is a sample Emacs command that uses @code{calc-eval}.  Suppose
32742 you have a document with lots of references to temperatures on the
32743 Fahrenheit scale, say ``98.6 F'', and you wish to convert these
32744 references to Centigrade.  The following command does this conversion.
32745 Place the Emacs cursor right after the letter ``F'' and invoke the
32746 command to change ``98.6 F'' to ``37 C''.  Or, if the temperature is
32747 already in Centigrade form, the command changes it back to Fahrenheit.
32749 @example
32750 (defun convert-temp ()
32751   (interactive)
32752   (save-excursion
32753     (re-search-backward "[^-.0-9]\\([-.0-9]+\\) *\\([FC]\\)")
32754     (let* ((top1 (match-beginning 1))
32755            (bot1 (match-end 1))
32756            (number (buffer-substring top1 bot1))
32757            (top2 (match-beginning 2))
32758            (bot2 (match-end 2))
32759            (type (buffer-substring top2 bot2)))
32760       (if (equal type "F")
32761           (setq type "C"
32762                 number (calc-eval "($ - 32)*5/9" nil number))
32763         (setq type "F"
32764               number (calc-eval "$*9/5 + 32" nil number)))
32765       (goto-char top2)
32766       (delete-region top2 bot2)
32767       (insert-before-markers type)
32768       (goto-char top1)
32769       (delete-region top1 bot1)
32770       (if (string-match "\\.$" number)   ; change "37." to "37"
32771           (setq number (substring number 0 -1)))
32772       (insert number))))
32773 @end example
32775 Note the use of @code{insert-before-markers} when changing between
32776 ``F'' and ``C'', so that the character winds up before the cursor
32777 instead of after it.
32779 @node Internals, , Calling Calc from Your Programs, Lisp Definitions
32780 @subsection Calculator Internals
32782 @noindent
32783 This section describes the Lisp functions defined by the Calculator that
32784 may be of use to user-written Calculator programs (as described in the
32785 rest of this chapter).  These functions are shown by their names as they
32786 conventionally appear in @code{defmath}.  Their full Lisp names are
32787 generally gotten by prepending @samp{calcFunc-} or @samp{math-} to their
32788 apparent names.  (Names that begin with @samp{calc-} are already in
32789 their full Lisp form.)  You can use the actual full names instead if you
32790 prefer them, or if you are calling these functions from regular Lisp.
32792 The functions described here are scattered throughout the various
32793 Calc component files.  Note that @file{calc.el} includes @code{autoload}s
32794 for only a few component files; when Calc wants to call an advanced
32795 function it calls @samp{(calc-extensions)} first; this function
32796 autoloads @file{calc-ext.el}, which in turn autoloads all the functions
32797 in the remaining component files.
32799 Because @code{defmath} itself uses the extensions, user-written code
32800 generally always executes with the extensions already loaded, so
32801 normally you can use any Calc function and be confident that it will
32802 be autoloaded for you when necessary.  If you are doing something
32803 special, check carefully to make sure each function you are using is
32804 from @file{calc.el} or its components, and call @samp{(calc-extensions)}
32805 before using any function based in @file{calc-ext.el} if you can't
32806 prove this file will already be loaded.
32808 @menu
32809 * Data Type Formats::
32810 * Interactive Lisp Functions::
32811 * Stack Lisp Functions::
32812 * Predicates::
32813 * Computational Lisp Functions::
32814 * Vector Lisp Functions::
32815 * Symbolic Lisp Functions::
32816 * Formatting Lisp Functions::
32817 * Hooks::
32818 @end menu
32820 @node Data Type Formats, Interactive Lisp Functions, Internals, Internals
32821 @subsubsection Data Type Formats
32823 @noindent
32824 Integers are stored in either of two ways, depending on their magnitude.
32825 Integers less than one million in absolute value are stored as standard
32826 Lisp integers.  This is the only storage format for Calc data objects
32827 which is not a Lisp list.
32829 Large integers are stored as lists of the form @samp{(bigpos @var{d0}
32830 @var{d1} @var{d2} @dots{})} for positive integers 1000000 or more, or
32831 @samp{(bigneg @var{d0} @var{d1} @var{d2} @dots{})} for negative integers
32832 @mathit{-1000000} or less.  Each @var{d} is a base-1000 ``digit,'' a Lisp integer
32833 from 0 to 999.  The least significant digit is @var{d0}; the last digit,
32834 @var{dn}, which is always nonzero, is the most significant digit.  For
32835 example, the integer @mathit{-12345678} is stored as @samp{(bigneg 678 345 12)}.
32837 The distinction between small and large integers is entirely hidden from
32838 the user.  In @code{defmath} definitions, the Lisp predicate @code{integerp}
32839 returns true for either kind of integer, and in general both big and small
32840 integers are accepted anywhere the word ``integer'' is used in this manual.
32841 If the distinction must be made, native Lisp integers are called @dfn{fixnums}
32842 and large integers are called @dfn{bignums}.
32844 Fractions are stored as a list of the form, @samp{(frac @var{n} @var{d})}
32845 where @var{n} is an integer (big or small) numerator, @var{d} is an
32846 integer denominator greater than one, and @var{n} and @var{d} are relatively
32847 prime.  Note that fractions where @var{d} is one are automatically converted
32848 to plain integers by all math routines; fractions where @var{d} is negative
32849 are normalized by negating the numerator and denominator.
32851 Floating-point numbers are stored in the form, @samp{(float @var{mant}
32852 @var{exp})}, where @var{mant} (the ``mantissa'') is an integer less than
32853 @samp{10^@var{p}} in absolute value (@var{p} represents the current
32854 precision), and @var{exp} (the ``exponent'') is a fixnum.  The value of
32855 the float is @samp{@var{mant} * 10^@var{exp}}.  For example, the number
32856 @mathit{-3.14} is stored as @samp{(float -314 -2) = -314*10^-2}.  Other constraints
32857 are that the number 0.0 is always stored as @samp{(float 0 0)}, and,
32858 except for the 0.0 case, the rightmost base-10 digit of @var{mant} is
32859 always nonzero.  (If the rightmost digit is zero, the number is
32860 rearranged by dividing @var{mant} by ten and incrementing @var{exp}.)
32862 Rectangular complex numbers are stored in the form @samp{(cplx @var{re}
32863 @var{im})}, where @var{re} and @var{im} are each real numbers, either
32864 integers, fractions, or floats.  The value is @samp{@var{re} + @var{im}i}.
32865 The @var{im} part is nonzero; complex numbers with zero imaginary
32866 components are converted to real numbers automatically.
32868 Polar complex numbers are stored in the form @samp{(polar @var{r}
32869 @var{theta})}, where @var{r} is a positive real value and @var{theta}
32870 is a real value or HMS form representing an angle.  This angle is
32871 usually normalized to lie in the interval @samp{(-180 ..@: 180)} degrees,
32872 or @samp{(-pi ..@: pi)} radians, according to the current angular mode.
32873 If the angle is 0 the value is converted to a real number automatically.
32874 (If the angle is 180 degrees, the value is usually also converted to a
32875 negative real number.)
32877 Hours-minutes-seconds forms are stored as @samp{(hms @var{h} @var{m}
32878 @var{s})}, where @var{h} is an integer or an integer-valued float (i.e.,
32879 a float with @samp{@var{exp} >= 0}), @var{m} is an integer or integer-valued
32880 float in the range @w{@samp{[0 ..@: 60)}}, and @var{s} is any real number
32881 in the range @samp{[0 ..@: 60)}.
32883 Date forms are stored as @samp{(date @var{n})}, where @var{n} is
32884 a real number that counts days since midnight on the morning of
32885 January 1, 1 AD.  If @var{n} is an integer, this is a pure date
32886 form.  If @var{n} is a fraction or float, this is a date/time form.
32888 Modulo forms are stored as @samp{(mod @var{n} @var{m})}, where @var{m} is a
32889 positive real number or HMS form, and @var{n} is a real number or HMS
32890 form in the range @samp{[0 ..@: @var{m})}.
32892 Error forms are stored as @samp{(sdev @var{x} @var{sigma})}, where @var{x}
32893 is the mean value and @var{sigma} is the standard deviation.  Each
32894 component is either a number, an HMS form, or a symbolic object
32895 (a variable or function call).  If @var{sigma} is zero, the value is
32896 converted to a plain real number.  If @var{sigma} is negative or
32897 complex, it is automatically normalized to be a positive real.
32899 Interval forms are stored as @samp{(intv @var{mask} @var{lo} @var{hi})},
32900 where @var{mask} is one of the integers 0, 1, 2, or 3, and @var{lo} and
32901 @var{hi} are real numbers, HMS forms, or symbolic objects.  The @var{mask}
32902 is a binary integer where 1 represents the fact that the interval is
32903 closed on the high end, and 2 represents the fact that it is closed on
32904 the low end.  (Thus 3 represents a fully closed interval.)  The interval
32905 @w{@samp{(intv 3 @var{x} @var{x})}} is converted to the plain number @var{x};
32906 intervals @samp{(intv @var{mask} @var{x} @var{x})} for any other @var{mask}
32907 represent empty intervals.  If @var{hi} is less than @var{lo}, the interval
32908 is converted to a standard empty interval by replacing @var{hi} with @var{lo}.
32910 Vectors are stored as @samp{(vec @var{v1} @var{v2} @dots{})}, where @var{v1}
32911 is the first element of the vector, @var{v2} is the second, and so on.
32912 An empty vector is stored as @samp{(vec)}.  A matrix is simply a vector
32913 where all @var{v}'s are themselves vectors of equal lengths.  Note that
32914 Calc vectors are unrelated to the Emacs Lisp ``vector'' type, which is
32915 generally unused by Calc data structures.
32917 Variables are stored as @samp{(var @var{name} @var{sym})}, where
32918 @var{name} is a Lisp symbol whose print name is used as the visible name
32919 of the variable, and @var{sym} is a Lisp symbol in which the variable's
32920 value is actually stored.  Thus, @samp{(var pi var-pi)} represents the
32921 special constant @samp{pi}.  Almost always, the form is @samp{(var
32922 @var{v} var-@var{v})}.  If the variable name was entered with @code{#}
32923 signs (which are converted to hyphens internally), the form is
32924 @samp{(var @var{u} @var{v})}, where @var{u} is a symbol whose name
32925 contains @code{#} characters, and @var{v} is a symbol that contains
32926 @code{-} characters instead.  The value of a variable is the Calc
32927 object stored in its @var{sym} symbol's value cell.  If the symbol's
32928 value cell is void or if it contains @code{nil}, the variable has no
32929 value.  Special constants have the form @samp{(special-const
32930 @var{value})} stored in their value cell, where @var{value} is a formula
32931 which is evaluated when the constant's value is requested.  Variables
32932 which represent units are not stored in any special way; they are units
32933 only because their names appear in the units table.  If the value
32934 cell contains a string, it is parsed to get the variable's value when
32935 the variable is used.
32937 A Lisp list with any other symbol as the first element is a function call.
32938 The symbols @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^},
32939 and @code{|} represent special binary operators; these lists are always
32940 of the form @samp{(@var{op} @var{lhs} @var{rhs})} where @var{lhs} is the
32941 sub-formula on the lefthand side and @var{rhs} is the sub-formula on the
32942 right.  The symbol @code{neg} represents unary negation; this list is always
32943 of the form @samp{(neg @var{arg})}.  Any other symbol @var{func} represents a
32944 function that would be displayed in function-call notation; the symbol
32945 @var{func} is in general always of the form @samp{calcFunc-@var{name}}.
32946 The function cell of the symbol @var{func} should contain a Lisp function
32947 for evaluating a call to @var{func}.  This function is passed the remaining
32948 elements of the list (themselves already evaluated) as arguments; such
32949 functions should return @code{nil} or call @code{reject-arg} to signify
32950 that they should be left in symbolic form, or they should return a Calc
32951 object which represents their value, or a list of such objects if they
32952 wish to return multiple values.  (The latter case is allowed only for
32953 functions which are the outer-level call in an expression whose value is
32954 about to be pushed on the stack; this feature is considered obsolete
32955 and is not used by any built-in Calc functions.)
32957 @node Interactive Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Data Type Formats, Internals
32958 @subsubsection Interactive Functions
32960 @noindent
32961 The functions described here are used in implementing interactive Calc
32962 commands.  Note that this list is not exhaustive!  If there is an
32963 existing command that behaves similarly to the one you want to define,
32964 you may find helpful tricks by checking the source code for that command.
32966 @defun calc-set-command-flag flag
32967 Set the command flag @var{flag}.  This is generally a Lisp symbol, but
32968 may in fact be anything.  The effect is to add @var{flag} to the list
32969 stored in the variable @code{calc-command-flags}, unless it is already
32970 there.  @xref{Defining Simple Commands}.
32971 @end defun
32973 @defun calc-clear-command-flag flag
32974 If @var{flag} appears among the list of currently-set command flags,
32975 remove it from that list.
32976 @end defun
32978 @defun calc-record-undo rec
32979 Add the ``undo record'' @var{rec} to the list of steps to take if the
32980 current operation should need to be undone.  Stack push and pop functions
32981 automatically call @code{calc-record-undo}, so the kinds of undo records
32982 you might need to create take the form @samp{(set @var{sym} @var{value})},
32983 which says that the Lisp variable @var{sym} was changed and had previously
32984 contained @var{value}; @samp{(store @var{var} @var{value})} which says that
32985 the Calc variable @var{var} (a string which is the name of the symbol that
32986 contains the variable's value) was stored and its previous value was
32987 @var{value} (either a Calc data object, or @code{nil} if the variable was
32988 previously void); or @samp{(eval @var{undo} @var{redo} @var{args} @dots{})},
32989 which means that to undo requires calling the function @samp{(@var{undo}
32990 @var{args} @dots{})} and, if the undo is later redone, calling
32991 @samp{(@var{redo} @var{args} @dots{})}.
32992 @end defun
32994 @defun calc-record-why msg args
32995 Record the error or warning message @var{msg}, which is normally a string.
32996 This message will be replayed if the user types @kbd{w} (@code{calc-why});
32997 if the message string begins with a @samp{*}, it is considered important
32998 enough to display even if the user doesn't type @kbd{w}.  If one or more
32999 @var{args} are present, the displayed message will be of the form,
33000 @samp{@var{msg}: @var{arg1}, @var{arg2}, @dots{}}, where the arguments are
33001 formatted on the assumption that they are either strings or Calc objects of
33002 some sort.  If @var{msg} is a symbol, it is the name of a Calc predicate
33003 (such as @code{integerp} or @code{numvecp}) which the arguments did not
33004 satisfy; it is expanded to a suitable string such as ``Expected an
33005 integer.''  The @code{reject-arg} function calls @code{calc-record-why}
33006 automatically; @pxref{Predicates}.
33007 @end defun
33009 @defun calc-is-inverse
33010 This predicate returns true if the current command is inverse,
33011 i.e., if the Inverse (@kbd{I} key) flag was set.
33012 @end defun
33014 @defun calc-is-hyperbolic
33015 This predicate is the analogous function for the @kbd{H} key.
33016 @end defun
33018 @node Stack Lisp Functions, Predicates, Interactive Lisp Functions, Internals
33019 @subsubsection Stack-Oriented Functions
33021 @noindent
33022 The functions described here perform various operations on the Calc
33023 stack and trail.  They are to be used in interactive Calc commands.
33025 @defun calc-push-list vals n
33026 Push the Calc objects in list @var{vals} onto the stack at stack level
33027 @var{n}.  If @var{n} is omitted it defaults to 1, so that the elements
33028 are pushed at the top of the stack.  If @var{n} is greater than 1, the
33029 elements will be inserted into the stack so that the last element will
33030 end up at level @var{n}, the next-to-last at level @var{n}+1, etc.
33031 The elements of @var{vals} are assumed to be valid Calc objects, and
33032 are not evaluated, rounded, or renormalized in any way.  If @var{vals}
33033 is an empty list, nothing happens.
33035 The stack elements are pushed without any sub-formula selections.
33036 You can give an optional third argument to this function, which must
33037 be a list the same size as @var{vals} of selections.  Each selection
33038 must be @code{eq} to some sub-formula of the corresponding formula
33039 in @var{vals}, or @code{nil} if that formula should have no selection.
33040 @end defun
33042 @defun calc-top-list n m
33043 Return a list of the @var{n} objects starting at level @var{m} of the
33044 stack.  If @var{m} is omitted it defaults to 1, so that the elements are
33045 taken from the top of the stack.  If @var{n} is omitted, it also
33046 defaults to 1, so that the top stack element (in the form of a
33047 one-element list) is returned.  If @var{m} is greater than 1, the
33048 @var{m}th stack element will be at the end of the list, the @var{m}+1st
33049 element will be next-to-last, etc.  If @var{n} or @var{m} are out of
33050 range, the command is aborted with a suitable error message.  If @var{n}
33051 is zero, the function returns an empty list.  The stack elements are not
33052 evaluated, rounded, or renormalized.
33054 If any stack elements contain selections, and selections have not
33055 been disabled by the @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command,
33056 this function returns the selected portions rather than the entire
33057 stack elements.  It can be given a third ``selection-mode'' argument
33058 which selects other behaviors.  If it is the symbol @code{t}, then
33059 a selection in any of the requested stack elements produces an
33060 ``invalid operation on selections'' error.  If it is the symbol @code{full},
33061 the whole stack entry is always returned regardless of selections.
33062 If it is the symbol @code{sel}, the selected portion is always returned,
33063 or @code{nil} if there is no selection.  (This mode ignores the @kbd{j e}
33064 command.)  If the symbol is @code{entry}, the complete stack entry in
33065 list form is returned; the first element of this list will be the whole
33066 formula, and the third element will be the selection (or @code{nil}).
33067 @end defun
33069 @defun calc-pop-stack n m
33070 Remove the specified elements from the stack.  The parameters @var{n}
33071 and @var{m} are defined the same as for @code{calc-top-list}.  The return
33072 value of @code{calc-pop-stack} is uninteresting.
33074 If there are any selected sub-formulas among the popped elements, and
33075 @kbd{j e} has not been used to disable selections, this produces an
33076 error without changing the stack.  If you supply an optional third
33077 argument of @code{t}, the stack elements are popped even if they
33078 contain selections.
33079 @end defun
33081 @defun calc-record-list vals tag
33082 This function records one or more results in the trail.  The @var{vals}
33083 are a list of strings or Calc objects.  The @var{tag} is the four-character
33084 tag string to identify the values.  If @var{tag} is omitted, a blank tag
33085 will be used.
33086 @end defun
33088 @defun calc-normalize n
33089 This function takes a Calc object and ``normalizes'' it.  At the very
33090 least this involves re-rounding floating-point values according to the
33091 current precision and other similar jobs.  Also, unless the user has
33092 selected No-Simplify mode (@pxref{Simplification Modes}), this involves
33093 actually evaluating a formula object by executing the function calls
33094 it contains, and possibly also doing algebraic simplification, etc.
33095 @end defun
33097 @defun calc-top-list-n n m
33098 This function is identical to @code{calc-top-list}, except that it calls
33099 @code{calc-normalize} on the values that it takes from the stack.  They
33100 are also passed through @code{check-complete}, so that incomplete
33101 objects will be rejected with an error message.  All computational
33102 commands should use this in preference to @code{calc-top-list}; the only
33103 standard Calc commands that operate on the stack without normalizing
33104 are stack management commands like @code{calc-enter} and @code{calc-roll-up}.
33105 This function accepts the same optional selection-mode argument as
33106 @code{calc-top-list}.
33107 @end defun
33109 @defun calc-top-n m
33110 This function is a convenient form of @code{calc-top-list-n} in which only
33111 a single element of the stack is taken and returned, rather than a list
33112 of elements.  This also accepts an optional selection-mode argument.
33113 @end defun
33115 @defun calc-enter-result n tag vals
33116 This function is a convenient interface to most of the above functions.
33117 The @var{vals} argument should be either a single Calc object, or a list
33118 of Calc objects; the object or objects are normalized, and the top @var{n}
33119 stack entries are replaced by the normalized objects.  If @var{tag} is
33120 non-@code{nil}, the normalized objects are also recorded in the trail.
33121 A typical stack-based computational command would take the form,
33123 @smallexample
33124 (calc-enter-result @var{n} @var{tag} (cons 'calcFunc-@var{func}
33125                                (calc-top-list-n @var{n})))
33126 @end smallexample
33128 If any of the @var{n} stack elements replaced contain sub-formula
33129 selections, and selections have not been disabled by @kbd{j e},
33130 this function takes one of two courses of action.  If @var{n} is
33131 equal to the number of elements in @var{vals}, then each element of
33132 @var{vals} is spliced into the corresponding selection; this is what
33133 happens when you use the @key{TAB} key, or when you use a unary
33134 arithmetic operation like @code{sqrt}.  If @var{vals} has only one
33135 element but @var{n} is greater than one, there must be only one
33136 selection among the top @var{n} stack elements; the element from
33137 @var{vals} is spliced into that selection.  This is what happens when
33138 you use a binary arithmetic operation like @kbd{+}.  Any other
33139 combination of @var{n} and @var{vals} is an error when selections
33140 are present.
33141 @end defun
33143 @defun calc-unary-op tag func arg
33144 This function implements a unary operator that allows a numeric prefix
33145 argument to apply the operator over many stack entries.  If the prefix
33146 argument @var{arg} is @code{nil}, this uses @code{calc-enter-result}
33147 as outlined above.  Otherwise, it maps the function over several stack
33148 elements; @pxref{Prefix Arguments}.  For example,
33150 @smallexample
33151 (defun calc-zeta (arg)
33152   (interactive "P")
33153   (calc-unary-op "zeta" 'calcFunc-zeta arg))
33154 @end smallexample
33155 @end defun
33157 @defun calc-binary-op tag func arg ident unary
33158 This function implements a binary operator, analogously to
33159 @code{calc-unary-op}.  The optional @var{ident} and @var{unary}
33160 arguments specify the behavior when the prefix argument is zero or
33161 one, respectively.  If the prefix is zero, the value @var{ident}
33162 is pushed onto the stack, if specified, otherwise an error message
33163 is displayed.  If the prefix is one, the unary function @var{unary}
33164 is applied to the top stack element, or, if @var{unary} is not
33165 specified, nothing happens.  When the argument is two or more,
33166 the binary function @var{func} is reduced across the top @var{arg}
33167 stack elements; when the argument is negative, the function is
33168 mapped between the next-to-top @mathit{-@var{arg}} stack elements and the
33169 top element.
33170 @end defun
33172 @defun calc-stack-size
33173 Return the number of elements on the stack as an integer.  This count
33174 does not include elements that have been temporarily hidden by stack
33175 truncation; @pxref{Truncating the Stack}.
33176 @end defun
33178 @defun calc-cursor-stack-index n
33179 Move the point to the @var{n}th stack entry.  If @var{n} is zero, this
33180 will be the @samp{.} line.  If @var{n} is from 1 to the current stack size,
33181 this will be the beginning of the first line of that stack entry's display.
33182 If line numbers are enabled, this will move to the first character of the
33183 line number, not the stack entry itself.
33184 @end defun
33186 @defun calc-substack-height n
33187 Return the number of lines between the beginning of the @var{n}th stack
33188 entry and the bottom of the buffer.  If @var{n} is zero, this
33189 will be one (assuming no stack truncation).  If all stack entries are
33190 one line long (i.e., no matrices are displayed), the return value will
33191 be equal @var{n}+1 as long as @var{n} is in range.  (Note that in Big
33192 mode, the return value includes the blank lines that separate stack
33193 entries.)
33194 @end defun
33196 @defun calc-refresh
33197 Erase the @code{*Calculator*} buffer and reformat its contents from memory.
33198 This must be called after changing any parameter, such as the current
33199 display radix, which might change the appearance of existing stack
33200 entries.  (During a keyboard macro invoked by the @kbd{X} key, refreshing
33201 is suppressed, but a flag is set so that the entire stack will be refreshed
33202 rather than just the top few elements when the macro finishes.)
33203 @end defun
33205 @node Predicates, Computational Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Internals
33206 @subsubsection Predicates
33208 @noindent
33209 The functions described here are predicates, that is, they return a
33210 true/false value where @code{nil} means false and anything else means
33211 true.  These predicates are expanded by @code{defmath}, for example,
33212 from @code{zerop} to @code{math-zerop}.  In many cases they correspond
33213 to native Lisp functions by the same name, but are extended to cover
33214 the full range of Calc data types.
33216 @defun zerop x
33217 Returns true if @var{x} is numerically zero, in any of the Calc data
33218 types.  (Note that for some types, such as error forms and intervals,
33219 it never makes sense to return true.)  In @code{defmath}, the expression
33220 @samp{(= x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-zerop x)},
33221 and @samp{(/= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-zerop x))}.
33222 @end defun
33224 @defun negp x
33225 Returns true if @var{x} is negative.  This accepts negative real numbers
33226 of various types, negative HMS and date forms, and intervals in which
33227 all included values are negative.  In @code{defmath}, the expression
33228 @samp{(< x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-negp x)},
33229 and @samp{(>= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-negp x))}.
33230 @end defun
33232 @defun posp x
33233 Returns true if @var{x} is positive (and non-zero).  For complex
33234 numbers, none of these three predicates will return true.
33235 @end defun
33237 @defun looks-negp x
33238 Returns true if @var{x} is ``negative-looking.''  This returns true if
33239 @var{x} is a negative number, or a formula with a leading minus sign
33240 such as @samp{-a/b}.  In other words, this is an object which can be
33241 made simpler by calling @code{(- @var{x})}.
33242 @end defun
33244 @defun integerp x
33245 Returns true if @var{x} is an integer of any size.
33246 @end defun
33248 @defun fixnump x
33249 Returns true if @var{x} is a native Lisp integer.
33250 @end defun
33252 @defun natnump x
33253 Returns true if @var{x} is a nonnegative integer of any size.
33254 @end defun
33256 @defun fixnatnump x
33257 Returns true if @var{x} is a nonnegative Lisp integer.
33258 @end defun
33260 @defun num-integerp x
33261 Returns true if @var{x} is numerically an integer, i.e., either a
33262 true integer or a float with no significant digits to the right of
33263 the decimal point.
33264 @end defun
33266 @defun messy-integerp x
33267 Returns true if @var{x} is numerically, but not literally, an integer.
33268 A value is @code{num-integerp} if it is @code{integerp} or
33269 @code{messy-integerp} (but it is never both at once).
33270 @end defun
33272 @defun num-natnump x
33273 Returns true if @var{x} is numerically a nonnegative integer.
33274 @end defun
33276 @defun evenp x
33277 Returns true if @var{x} is an even integer.
33278 @end defun
33280 @defun looks-evenp x
33281 Returns true if @var{x} is an even integer, or a formula with a leading
33282 multiplicative coefficient which is an even integer.
33283 @end defun
33285 @defun oddp x
33286 Returns true if @var{x} is an odd integer.
33287 @end defun
33289 @defun ratp x
33290 Returns true if @var{x} is a rational number, i.e., an integer or a
33291 fraction.
33292 @end defun
33294 @defun realp x
33295 Returns true if @var{x} is a real number, i.e., an integer, fraction,
33296 or floating-point number.
33297 @end defun
33299 @defun anglep x
33300 Returns true if @var{x} is a real number or HMS form.
33301 @end defun
33303 @defun floatp x
33304 Returns true if @var{x} is a float, or a complex number, error form,
33305 interval, date form, or modulo form in which at least one component
33306 is a float.
33307 @end defun
33309 @defun complexp x
33310 Returns true if @var{x} is a rectangular or polar complex number
33311 (but not a real number).
33312 @end defun
33314 @defun rect-complexp x
33315 Returns true if @var{x} is a rectangular complex number.
33316 @end defun
33318 @defun polar-complexp x
33319 Returns true if @var{x} is a polar complex number.
33320 @end defun
33322 @defun numberp x
33323 Returns true if @var{x} is a real number or a complex number.
33324 @end defun
33326 @defun scalarp x
33327 Returns true if @var{x} is a real or complex number or an HMS form.
33328 @end defun
33330 @defun vectorp x
33331 Returns true if @var{x} is a vector (this simply checks if its argument
33332 is a list whose first element is the symbol @code{vec}).
33333 @end defun
33335 @defun numvecp x
33336 Returns true if @var{x} is a number or vector.
33337 @end defun
33339 @defun matrixp x
33340 Returns true if @var{x} is a matrix, i.e., a vector of one or more vectors,
33341 all of the same size.
33342 @end defun
33344 @defun square-matrixp x
33345 Returns true if @var{x} is a square matrix.
33346 @end defun
33348 @defun objectp x
33349 Returns true if @var{x} is any numeric Calc object, including real and
33350 complex numbers, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33351 modulo forms.  (Note that error forms and intervals may include formulas
33352 as their components; see @code{constp} below.)
33353 @end defun
33355 @defun objvecp x
33356 Returns true if @var{x} is an object or a vector.  This also accepts
33357 incomplete objects, but it rejects variables and formulas (except as
33358 mentioned above for @code{objectp}).
33359 @end defun
33361 @defun primp x
33362 Returns true if @var{x} is a ``primitive'' or ``atomic'' Calc object,
33363 i.e., one whose components cannot be regarded as sub-formulas.  This
33364 includes variables, and all @code{objectp} types except error forms
33365 and intervals.
33366 @end defun
33368 @defun constp x
33369 Returns true if @var{x} is constant, i.e., a real or complex number,
33370 HMS form, date form, or error form, interval, or vector all of whose
33371 components are @code{constp}.
33372 @end defun
33374 @defun lessp x y
33375 Returns true if @var{x} is numerically less than @var{y}.  Returns false
33376 if @var{x} is greater than or equal to @var{y}, or if the order is
33377 undefined or cannot be determined.  Generally speaking, this works
33378 by checking whether @samp{@var{x} - @var{y}} is @code{negp}.  In
33379 @code{defmath}, the expression @samp{(< x y)} will automatically be
33380 converted to @samp{(lessp x y)}; expressions involving @code{>}, @code{<=},
33381 and @code{>=} are similarly converted in terms of @code{lessp}.
33382 @end defun
33384 @defun beforep x y
33385 Returns true if @var{x} comes before @var{y} in a canonical ordering
33386 of Calc objects.  If @var{x} and @var{y} are both real numbers, this
33387 will be the same as @code{lessp}.  But whereas @code{lessp} considers
33388 other types of objects to be unordered, @code{beforep} puts any two
33389 objects into a definite, consistent order.  The @code{beforep}
33390 function is used by the @kbd{V S} vector-sorting command, and also
33391 by @kbd{a s} to put the terms of a product into canonical order:
33392 This allows @samp{x y + y x} to be simplified easily to @samp{2 x y}.
33393 @end defun
33395 @defun equal x y
33396 This is the standard Lisp @code{equal} predicate; it returns true if
33397 @var{x} and @var{y} are structurally identical.  This is the usual way
33398 to compare numbers for equality, but note that @code{equal} will treat
33399 0 and 0.0 as different.
33400 @end defun
33402 @defun math-equal x y
33403 Returns true if @var{x} and @var{y} are numerically equal, either because
33404 they are @code{equal}, or because their difference is @code{zerop}.  In
33405 @code{defmath}, the expression @samp{(= x y)} will automatically be
33406 converted to @samp{(math-equal x y)}.
33407 @end defun
33409 @defun equal-int x n
33410 Returns true if @var{x} and @var{n} are numerically equal, where @var{n}
33411 is a fixnum which is not a multiple of 10.  This will automatically be
33412 used by @code{defmath} in place of the more general @code{math-equal}
33413 whenever possible.
33414 @end defun
33416 @defun nearly-equal x y
33417 Returns true if @var{x} and @var{y}, as floating-point numbers, are
33418 equal except possibly in the last decimal place.  For example,
33419 314.159 and 314.166 are considered nearly equal if the current
33420 precision is 6 (since they differ by 7 units), but not if the current
33421 precision is 7 (since they differ by 70 units).  Most functions which
33422 use series expansions use @code{with-extra-prec} to evaluate the
33423 series with 2 extra digits of precision, then use @code{nearly-equal}
33424 to decide when the series has converged; this guards against cumulative
33425 error in the series evaluation without doing extra work which would be
33426 lost when the result is rounded back down to the current precision.
33427 In @code{defmath}, this can be written @samp{(~= @var{x} @var{y})}.
33428 The @var{x} and @var{y} can be numbers of any kind, including complex.
33429 @end defun
33431 @defun nearly-zerop x y
33432 Returns true if @var{x} is nearly zero, compared to @var{y}.  This
33433 checks whether @var{x} plus @var{y} would by be @code{nearly-equal}
33434 to @var{y} itself, to within the current precision, in other words,
33435 if adding @var{x} to @var{y} would have a negligible effect on @var{y}
33436 due to roundoff error.  @var{X} may be a real or complex number, but
33437 @var{y} must be real.
33438 @end defun
33440 @defun is-true x
33441 Return true if the formula @var{x} represents a true value in
33442 Calc, not Lisp, terms.  It tests if @var{x} is a non-zero number
33443 or a provably non-zero formula.
33444 @end defun
33446 @defun reject-arg val pred
33447 Abort the current function evaluation due to unacceptable argument values.
33448 This calls @samp{(calc-record-why @var{pred} @var{val})}, then signals a
33449 Lisp error which @code{normalize} will trap.  The net effect is that the
33450 function call which led here will be left in symbolic form.
33451 @end defun
33453 @defun inexact-value
33454 If Symbolic mode is enabled, this will signal an error that causes
33455 @code{normalize} to leave the formula in symbolic form, with the message
33456 ``Inexact result.''  (This function has no effect when not in Symbolic mode.)
33457 Note that if your function calls @samp{(sin 5)} in Symbolic mode, the
33458 @code{sin} function will call @code{inexact-value}, which will cause your
33459 function to be left unsimplified.  You may instead wish to call
33460 @samp{(normalize (list 'calcFunc-sin 5))}, which in Symbolic mode will
33461 return the formula @samp{sin(5)} to your function.
33462 @end defun
33464 @defun overflow
33465 This signals an error that will be reported as a floating-point overflow.
33466 @end defun
33468 @defun underflow
33469 This signals a floating-point underflow.
33470 @end defun
33472 @node Computational Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Predicates, Internals
33473 @subsubsection Computational Functions
33475 @noindent
33476 The functions described here do the actual computational work of the
33477 Calculator.  In addition to these, note that any function described in
33478 the main body of this manual may be called from Lisp; for example, if
33479 the documentation refers to the @code{calc-sqrt} [@code{sqrt}] command,
33480 this means @code{calc-sqrt} is an interactive stack-based square-root
33481 command and @code{sqrt} (which @code{defmath} expands to @code{calcFunc-sqrt})
33482 is the actual Lisp function for taking square roots.
33484 The functions @code{math-add}, @code{math-sub}, @code{math-mul},
33485 @code{math-div}, @code{math-mod}, and @code{math-neg} are not included
33486 in this list, since @code{defmath} allows you to write native Lisp
33487 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, and unary @code{-},
33488 respectively, instead.
33490 @defun normalize val
33491 (Full form: @code{math-normalize}.)
33492 Reduce the value @var{val} to standard form.  For example, if @var{val}
33493 is a fixnum, it will be converted to a bignum if it is too large, and
33494 if @var{val} is a bignum it will be normalized by clipping off trailing
33495 (i.e., most-significant) zero digits and converting to a fixnum if it is
33496 small.  All the various data types are similarly converted to their standard
33497 forms.  Variables are left alone, but function calls are actually evaluated
33498 in formulas.  For example, normalizing @samp{(+ 2 (calcFunc-abs -4))} will
33499 return 6.
33501 If a function call fails, because the function is void or has the wrong
33502 number of parameters, or because it returns @code{nil} or calls
33503 @code{reject-arg} or @code{inexact-result}, @code{normalize} returns
33504 the formula still in symbolic form.
33506 If the current simplification mode is ``none'' or ``numeric arguments
33507 only,'' @code{normalize} will act appropriately.  However, the more
33508 powerful simplification modes (like Algebraic Simplification) are
33509 not handled by @code{normalize}.  They are handled by @code{calc-normalize},
33510 which calls @code{normalize} and possibly some other routines, such
33511 as @code{simplify} or @code{simplify-units}.  Programs generally will
33512 never call @code{calc-normalize} except when popping or pushing values
33513 on the stack.
33514 @end defun
33516 @defun evaluate-expr expr
33517 Replace all variables in @var{expr} that have values with their values,
33518 then use @code{normalize} to simplify the result.  This is what happens
33519 when you press the @kbd{=} key interactively.
33520 @end defun
33522 @defmac with-extra-prec n body
33523 Evaluate the Lisp forms in @var{body} with precision increased by @var{n}
33524 digits.  This is a macro which expands to
33526 @smallexample
33527 (math-normalize
33528   (let ((calc-internal-prec (+ calc-internal-prec @var{n})))
33529     @var{body}))
33530 @end smallexample
33532 The surrounding call to @code{math-normalize} causes a floating-point
33533 result to be rounded down to the original precision afterwards.  This
33534 is important because some arithmetic operations assume a number's
33535 mantissa contains no more digits than the current precision allows.
33536 @end defmac
33538 @defun make-frac n d
33539 Build a fraction @samp{@var{n}:@var{d}}.  This is equivalent to calling
33540 @samp{(normalize (list 'frac @var{n} @var{d}))}, but more efficient.
33541 @end defun
33543 @defun make-float mant exp
33544 Build a floating-point value out of @var{mant} and @var{exp}, both
33545 of which are arbitrary integers.  This function will return a
33546 properly normalized float value, or signal an overflow or underflow
33547 if @var{exp} is out of range.
33548 @end defun
33550 @defun make-sdev x sigma
33551 Build an error form out of @var{x} and the absolute value of @var{sigma}.
33552 If @var{sigma} is zero, the result is the number @var{x} directly.
33553 If @var{sigma} is negative or complex, its absolute value is used.
33554 If @var{x} or @var{sigma} is not a valid type of object for use in
33555 error forms, this calls @code{reject-arg}.
33556 @end defun
33558 @defun make-intv mask lo hi
33559 Build an interval form out of @var{mask} (which is assumed to be an
33560 integer from 0 to 3), and the limits @var{lo} and @var{hi}.  If
33561 @var{lo} is greater than @var{hi}, an empty interval form is returned.
33562 This calls @code{reject-arg} if @var{lo} or @var{hi} is unsuitable.
33563 @end defun
33565 @defun sort-intv mask lo hi
33566 Build an interval form, similar to @code{make-intv}, except that if
33567 @var{lo} is less than @var{hi} they are simply exchanged, and the
33568 bits of @var{mask} are swapped accordingly.
33569 @end defun
33571 @defun make-mod n m
33572 Build a modulo form out of @var{n} and the modulus @var{m}.  Since modulo
33573 forms do not allow formulas as their components, if @var{n} or @var{m}
33574 is not a real number or HMS form the result will be a formula which
33575 is a call to @code{makemod}, the algebraic version of this function.
33576 @end defun
33578 @defun float x
33579 Convert @var{x} to floating-point form.  Integers and fractions are
33580 converted to numerically equivalent floats; components of complex
33581 numbers, vectors, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33582 modulo forms are recursively floated.  If the argument is a variable
33583 or formula, this calls @code{reject-arg}.
33584 @end defun
33586 @defun compare x y
33587 Compare the numbers @var{x} and @var{y}, and return @mathit{-1} if
33588 @samp{(lessp @var{x} @var{y})}, 1 if @samp{(lessp @var{y} @var{x})},
33589 0 if @samp{(math-equal @var{x} @var{y})}, or 2 if the order is
33590 undefined or cannot be determined.
33591 @end defun
33593 @defun numdigs n
33594 Return the number of digits of integer @var{n}, effectively
33595 @samp{ceil(log10(@var{n}))}, but much more efficient.  Zero is
33596 considered to have zero digits.
33597 @end defun
33599 @defun scale-int x n
33600 Shift integer @var{x} left @var{n} decimal digits, or right @mathit{-@var{n}}
33601 digits with truncation toward zero.
33602 @end defun
33604 @defun scale-rounding x n
33605 Like @code{scale-int}, except that a right shift rounds to the nearest
33606 integer rather than truncating.
33607 @end defun
33609 @defun fixnum n
33610 Return the integer @var{n} as a fixnum, i.e., a native Lisp integer.
33611 If @var{n} is outside the permissible range for Lisp integers (usually
33612 24 binary bits) the result is undefined.
33613 @end defun
33615 @defun sqr x
33616 Compute the square of @var{x}; short for @samp{(* @var{x} @var{x})}.
33617 @end defun
33619 @defun quotient x y
33620 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return an integer quotient
33621 and discard the remainder.  If @var{x} or @var{y} is negative, the
33622 direction of rounding is undefined.
33623 @end defun
33625 @defun idiv x y
33626 Perform an integer division; if @var{x} and @var{y} are both nonnegative
33627 integers, this uses the @code{quotient} function, otherwise it computes
33628 @samp{floor(@var{x}/@var{y})}.  Thus the result is well-defined but
33629 slower than for @code{quotient}.
33630 @end defun
33632 @defun imod x y
33633 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return the integer remainder
33634 and discard the quotient.  Like @code{quotient}, this works only for
33635 integer arguments and is not well-defined for negative arguments.
33636 For a more well-defined result, use @samp{(% @var{x} @var{y})}.
33637 @end defun
33639 @defun idivmod x y
33640 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return a cons cell whose
33641 @code{car} is @samp{(quotient @var{x} @var{y})} and whose @code{cdr}
33642 is @samp{(imod @var{x} @var{y})}.
33643 @end defun
33645 @defun pow x y
33646 Compute @var{x} to the power @var{y}.  In @code{defmath} code, this can
33647 also be written @samp{(^ @var{x} @var{y})} or
33648 @w{@samp{(expt @var{x} @var{y})}}.
33649 @end defun
33651 @defun abs-approx x
33652 Compute a fast approximation to the absolute value of @var{x}.  For
33653 example, for a rectangular complex number the result is the sum of
33654 the absolute values of the components.
33655 @end defun
33657 @findex e
33658 @findex gamma-const
33659 @findex ln-2
33660 @findex ln-10
33661 @findex phi
33662 @findex pi-over-2
33663 @findex pi-over-4
33664 @findex pi-over-180
33665 @findex sqrt-two-pi
33666 @findex sqrt-e
33667 @findex two-pi
33668 @defun pi
33669 The function @samp{(pi)} computes @samp{pi} to the current precision.
33670 Other related constant-generating functions are @code{two-pi},
33671 @code{pi-over-2}, @code{pi-over-4}, @code{pi-over-180}, @code{sqrt-two-pi},
33672 @code{e}, @code{sqrt-e}, @code{ln-2}, @code{ln-10}, @code{phi} and
33673 @code{gamma-const}.  Each function returns a floating-point value in the
33674 current precision, and each uses caching so that all calls after the
33675 first are essentially free.
33676 @end defun
33678 @defmac math-defcache @var{func} @var{initial} @var{form}
33679 This macro, usually used as a top-level call like @code{defun} or
33680 @code{defvar}, defines a new cached constant analogous to @code{pi}, etc.
33681 It defines a function @code{func} which returns the requested value;
33682 if @var{initial} is non-@code{nil} it must be a @samp{(float @dots{})}
33683 form which serves as an initial value for the cache.  If @var{func}
33684 is called when the cache is empty or does not have enough digits to
33685 satisfy the current precision, the Lisp expression @var{form} is evaluated
33686 with the current precision increased by four, and the result minus its
33687 two least significant digits is stored in the cache.  For example,
33688 calling @samp{(pi)} with a precision of 30 computes @samp{pi} to 34
33689 digits, rounds it down to 32 digits for future use, then rounds it
33690 again to 30 digits for use in the present request.
33691 @end defmac
33693 @findex half-circle
33694 @findex quarter-circle
33695 @defun full-circle symb
33696 If the current angular mode is Degrees or HMS, this function returns the
33697 integer 360.  In Radians mode, this function returns either the
33698 corresponding value in radians to the current precision, or the formula
33699 @samp{2*pi}, depending on the Symbolic mode.  There are also similar
33700 function @code{half-circle} and @code{quarter-circle}.
33701 @end defun
33703 @defun power-of-2 n
33704 Compute two to the integer power @var{n}, as a (potentially very large)
33705 integer.  Powers of two are cached, so only the first call for a
33706 particular @var{n} is expensive.
33707 @end defun
33709 @defun integer-log2 n
33710 Compute the base-2 logarithm of @var{n}, which must be an integer which
33711 is a power of two.  If @var{n} is not a power of two, this function will
33712 return @code{nil}.
33713 @end defun
33715 @defun div-mod a b m
33716 Divide @var{a} by @var{b}, modulo @var{m}.  This returns @code{nil} if
33717 there is no solution, or if any of the arguments are not integers.
33718 @end defun
33720 @defun pow-mod a b m
33721 Compute @var{a} to the power @var{b}, modulo @var{m}.  If @var{a},
33722 @var{b}, and @var{m} are integers, this uses an especially efficient
33723 algorithm.  Otherwise, it simply computes @samp{(% (^ a b) m)}.
33724 @end defun
33726 @defun isqrt n
33727 Compute the integer square root of @var{n}.  This is the square root
33728 of @var{n} rounded down toward zero, i.e., @samp{floor(sqrt(@var{n}))}.
33729 If @var{n} is itself an integer, the computation is especially efficient.
33730 @end defun
33732 @defun to-hms a ang
33733 Convert the argument @var{a} into an HMS form.  If @var{ang} is specified,
33734 it is the angular mode in which to interpret @var{a}, either @code{deg}
33735 or @code{rad}.  Otherwise, the current angular mode is used.  If @var{a}
33736 is already an HMS form it is returned as-is.
33737 @end defun
33739 @defun from-hms a ang
33740 Convert the HMS form @var{a} into a real number.  If @var{ang} is specified,
33741 it is the angular mode in which to express the result, otherwise the
33742 current angular mode is used.  If @var{a} is already a real number, it
33743 is returned as-is.
33744 @end defun
33746 @defun to-radians a
33747 Convert the number or HMS form @var{a} to radians from the current
33748 angular mode.
33749 @end defun
33751 @defun from-radians a
33752 Convert the number @var{a} from radians to the current angular mode.
33753 If @var{a} is a formula, this returns the formula @samp{deg(@var{a})}.
33754 @end defun
33756 @defun to-radians-2 a
33757 Like @code{to-radians}, except that in Symbolic mode a degrees to
33758 radians conversion yields a formula like @samp{@var{a}*pi/180}.
33759 @end defun
33761 @defun from-radians-2 a
33762 Like @code{from-radians}, except that in Symbolic mode a radians to
33763 degrees conversion yields a formula like @samp{@var{a}*180/pi}.
33764 @end defun
33766 @defun random-digit
33767 Produce a random base-1000 digit in the range 0 to 999.
33768 @end defun
33770 @defun random-digits n
33771 Produce a random @var{n}-digit integer; this will be an integer
33772 in the interval @samp{[0, 10^@var{n})}.
33773 @end defun
33775 @defun random-float
33776 Produce a random float in the interval @samp{[0, 1)}.
33777 @end defun
33779 @defun prime-test n iters
33780 Determine whether the integer @var{n} is prime.  Return a list which has
33781 one of these forms: @samp{(nil @var{f})} means the number is non-prime
33782 because it was found to be divisible by @var{f}; @samp{(nil)} means it
33783 was found to be non-prime by table look-up (so no factors are known);
33784 @samp{(nil unknown)} means it is definitely non-prime but no factors
33785 are known because @var{n} was large enough that Fermat's probabilistic
33786 test had to be used; @samp{(t)} means the number is definitely prime;
33787 and @samp{(maybe @var{i} @var{p})} means that Fermat's test, after @var{i}
33788 iterations, is @var{p} percent sure that the number is prime.  The
33789 @var{iters} parameter is the number of Fermat iterations to use, in the
33790 case that this is necessary.  If @code{prime-test} returns ``maybe,''
33791 you can call it again with the same @var{n} to get a greater certainty;
33792 @code{prime-test} remembers where it left off.
33793 @end defun
33795 @defun to-simple-fraction f
33796 If @var{f} is a floating-point number which can be represented exactly
33797 as a small rational number. return that number, else return @var{f}.
33798 For example, 0.75 would be converted to 3:4.  This function is very
33799 fast.
33800 @end defun
33802 @defun to-fraction f tol
33803 Find a rational approximation to floating-point number @var{f} to within
33804 a specified tolerance @var{tol}; this corresponds to the algebraic
33805 function @code{frac}, and can be rather slow.
33806 @end defun
33808 @defun quarter-integer n
33809 If @var{n} is an integer or integer-valued float, this function
33810 returns zero.  If @var{n} is a half-integer (i.e., an integer plus
33811 @mathit{1:2} or 0.5), it returns 2.  If @var{n} is a quarter-integer,
33812 it returns 1 or 3.  If @var{n} is anything else, this function
33813 returns @code{nil}.
33814 @end defun
33816 @node Vector Lisp Functions, Symbolic Lisp Functions, Computational Lisp Functions, Internals
33817 @subsubsection Vector Functions
33819 @noindent
33820 The functions described here perform various operations on vectors and
33821 matrices.
33823 @defun math-concat x y
33824 Do a vector concatenation; this operation is written @samp{@var{x} | @var{y}}
33825 in a symbolic formula.  @xref{Building Vectors}.
33826 @end defun
33828 @defun vec-length v
33829 Return the length of vector @var{v}.  If @var{v} is not a vector, the
33830 result is zero.  If @var{v} is a matrix, this returns the number of
33831 rows in the matrix.
33832 @end defun
33834 @defun mat-dimens m
33835 Determine the dimensions of vector or matrix @var{m}.  If @var{m} is not
33836 a vector, the result is an empty list.  If @var{m} is a plain vector
33837 but not a matrix, the result is a one-element list containing the length
33838 of the vector.  If @var{m} is a matrix with @var{r} rows and @var{c} columns,
33839 the result is the list @samp{(@var{r} @var{c})}.  Higher-order tensors
33840 produce lists of more than two dimensions.  Note that the object
33841 @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} is a vector of vectors not all the same size,
33842 and is treated by this and other Calc routines as a plain vector of two
33843 elements.
33844 @end defun
33846 @defun dimension-error
33847 Abort the current function with a message of ``Dimension error.''
33848 The Calculator will leave the function being evaluated in symbolic
33849 form; this is really just a special case of @code{reject-arg}.
33850 @end defun
33852 @defun build-vector args
33853 Return a Calc vector with @var{args} as elements.
33854 For example, @samp{(build-vector 1 2 3)} returns the Calc vector
33855 @samp{[1, 2, 3]}, stored internally as the list @samp{(vec 1 2 3)}.
33856 @end defun
33858 @defun make-vec obj dims
33859 Return a Calc vector or matrix all of whose elements are equal to
33860 @var{obj}.  For example, @samp{(make-vec 27 3 4)} returns a 3x4 matrix
33861 filled with 27's.
33862 @end defun
33864 @defun row-matrix v
33865 If @var{v} is a plain vector, convert it into a row matrix, i.e.,
33866 a matrix whose single row is @var{v}.  If @var{v} is already a matrix,
33867 leave it alone.
33868 @end defun
33870 @defun col-matrix v
33871 If @var{v} is a plain vector, convert it into a column matrix, i.e., a
33872 matrix with each element of @var{v} as a separate row.  If @var{v} is
33873 already a matrix, leave it alone.
33874 @end defun
33876 @defun map-vec f v
33877 Map the Lisp function @var{f} over the Calc vector @var{v}.  For example,
33878 @samp{(map-vec 'math-floor v)} returns a vector of the floored components
33879 of vector @var{v}.
33880 @end defun
33882 @defun map-vec-2 f a b
33883 Map the Lisp function @var{f} over the two vectors @var{a} and @var{b}.
33884 If @var{a} and @var{b} are vectors of equal length, the result is a
33885 vector of the results of calling @samp{(@var{f} @var{ai} @var{bi})}
33886 for each pair of elements @var{ai} and @var{bi}.  If either @var{a} or
33887 @var{b} is a scalar, it is matched with each value of the other vector.
33888 For example, @samp{(map-vec-2 'math-add v 1)} returns the vector @var{v}
33889 with each element increased by one.  Note that using @samp{'+} would not
33890 work here, since @code{defmath} does not expand function names everywhere,
33891 just where they are in the function position of a Lisp expression.
33892 @end defun
33894 @defun reduce-vec f v
33895 Reduce the function @var{f} over the vector @var{v}.  For example, if
33896 @var{v} is @samp{[10, 20, 30, 40]}, this calls @samp{(f (f (f 10 20) 30) 40)}.
33897 If @var{v} is a matrix, this reduces over the rows of @var{v}.
33898 @end defun
33900 @defun reduce-cols f m
33901 Reduce the function @var{f} over the columns of matrix @var{m}.  For
33902 example, if @var{m} is @samp{[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]}, the result
33903 is a vector of the two elements @samp{(f (f 1 3) 5)} and @samp{(f (f 2 4) 6)}.
33904 @end defun
33906 @defun mat-row m n
33907 Return the @var{n}th row of matrix @var{m}.  This is equivalent to
33908 @samp{(elt m n)}.  For a slower but safer version, use @code{mrow}.
33909 (@xref{Extracting Elements}.)
33910 @end defun
33912 @defun mat-col m n
33913 Return the @var{n}th column of matrix @var{m}, in the form of a vector.
33914 The arguments are not checked for correctness.
33915 @end defun
33917 @defun mat-less-row m n
33918 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th row deleted.  The
33919 number @var{n} must be in range from 1 to the number of rows in @var{m}.
33920 @end defun
33922 @defun mat-less-col m n
33923 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th column deleted.
33924 @end defun
33926 @defun transpose m
33927 Return the transpose of matrix @var{m}.
33928 @end defun
33930 @defun flatten-vector v
33931 Flatten nested vector @var{v} into a vector of scalars.  For example,
33932 if @var{v} is @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} the result is @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
33933 @end defun
33935 @defun copy-matrix m
33936 If @var{m} is a matrix, return a copy of @var{m}.  This maps
33937 @code{copy-sequence} over the rows of @var{m}; in Lisp terms, each
33938 element of the result matrix will be @code{eq} to the corresponding
33939 element of @var{m}, but none of the @code{cons} cells that make up
33940 the structure of the matrix will be @code{eq}.  If @var{m} is a plain
33941 vector, this is the same as @code{copy-sequence}.
33942 @end defun
33944 @defun swap-rows m r1 r2
33945 Exchange rows @var{r1} and @var{r2} of matrix @var{m} in-place.  In
33946 other words, unlike most of the other functions described here, this
33947 function changes @var{m} itself rather than building up a new result
33948 matrix.  The return value is @var{m}, i.e., @samp{(eq (swap-rows m 1 2) m)}
33949 is true, with the side effect of exchanging the first two rows of
33950 @var{m}.
33951 @end defun
33953 @node Symbolic Lisp Functions, Formatting Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Internals
33954 @subsubsection Symbolic Functions
33956 @noindent
33957 The functions described here operate on symbolic formulas in the
33958 Calculator.
33960 @defun calc-prepare-selection num
33961 Prepare a stack entry for selection operations.  If @var{num} is
33962 omitted, the stack entry containing the cursor is used; otherwise,
33963 it is the number of the stack entry to use.  This function stores
33964 useful information about the current stack entry into a set of
33965 variables.  @code{calc-selection-cache-num} contains the number of
33966 the stack entry involved (equal to @var{num} if you specified it);
33967 @code{calc-selection-cache-entry} contains the stack entry as a
33968 list (such as @code{calc-top-list} would return with @code{entry}
33969 as the selection mode); and @code{calc-selection-cache-comp} contains
33970 a special ``tagged'' composition (@pxref{Formatting Lisp Functions})
33971 which allows Calc to relate cursor positions in the buffer with
33972 their corresponding sub-formulas.
33974 A slight complication arises in the selection mechanism because
33975 formulas may contain small integers.  For example, in the vector
33976 @samp{[1, 2, 1]} the first and last elements are @code{eq} to each
33977 other; selections are recorded as the actual Lisp object that
33978 appears somewhere in the tree of the whole formula, but storing
33979 @code{1} would falsely select both @code{1}'s in the vector.  So
33980 @code{calc-prepare-selection} also checks the stack entry and
33981 replaces any plain integers with ``complex number'' lists of the form
33982 @samp{(cplx @var{n} 0)}.  This list will be displayed the same as a
33983 plain @var{n} and the change will be completely invisible to the
33984 user, but it will guarantee that no two sub-formulas of the stack
33985 entry will be @code{eq} to each other.  Next time the stack entry
33986 is involved in a computation, @code{calc-normalize} will replace
33987 these lists with plain numbers again, again invisibly to the user.
33988 @end defun
33990 @defun calc-encase-atoms x
33991 This modifies the formula @var{x} to ensure that each part of the
33992 formula is a unique atom, using the @samp{(cplx @var{n} 0)} trick
33993 described above.  This function may use @code{setcar} to modify
33994 the formula in-place.
33995 @end defun
33997 @defun calc-find-selected-part
33998 Find the smallest sub-formula of the current formula that contains
33999 the cursor.  This assumes @code{calc-prepare-selection} has been
34000 called already.  If the cursor is not actually on any part of the
34001 formula, this returns @code{nil}.
34002 @end defun
34004 @defun calc-change-current-selection selection
34005 Change the currently prepared stack element's selection to
34006 @var{selection}, which should be @code{eq} to some sub-formula
34007 of the stack element, or @code{nil} to unselect the formula.
34008 The stack element's appearance in the Calc buffer is adjusted
34009 to reflect the new selection.
34010 @end defun
34012 @defun calc-find-nth-part expr n
34013 Return the @var{n}th sub-formula of @var{expr}.  This function is used
34014 by the selection commands, and (unless @kbd{j b} has been used) treats
34015 sums and products as flat many-element formulas.  Thus if @var{expr}
34016 is @samp{((a + b) - c) + d}, calling @code{calc-find-nth-part} with
34017 @var{n} equal to four will return @samp{d}.
34018 @end defun
34020 @defun calc-find-parent-formula expr part
34021 Return the sub-formula of @var{expr} which immediately contains
34022 @var{part}.  If @var{expr} is @samp{a*b + (c+1)*d} and @var{part}
34023 is @code{eq} to the @samp{c+1} term of @var{expr}, then this function
34024 will return @samp{(c+1)*d}.  If @var{part} turns out not to be a
34025 sub-formula of @var{expr}, the function returns @code{nil}.  If
34026 @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, the function returns @code{t}.
34027 This function does not take associativity into account.
34028 @end defun
34030 @defun calc-find-assoc-parent-formula expr part
34031 This is the same as @code{calc-find-parent-formula}, except that
34032 (unless @kbd{j b} has been used) it continues widening the selection
34033 to contain a complete level of the formula.  Given @samp{a} from
34034 @samp{((a + b) - c) + d}, @code{calc-find-parent-formula} will
34035 return @samp{a + b} but @code{calc-find-assoc-parent-formula} will
34036 return the whole expression.
34037 @end defun
34039 @defun calc-grow-assoc-formula expr part
34040 This expands sub-formula @var{part} of @var{expr} to encompass a
34041 complete level of the formula.  If @var{part} and its immediate
34042 parent are not compatible associative operators, or if @kbd{j b}
34043 has been used, this simply returns @var{part}.
34044 @end defun
34046 @defun calc-find-sub-formula expr part
34047 This finds the immediate sub-formula of @var{expr} which contains
34048 @var{part}.  It returns an index @var{n} such that
34049 @samp{(calc-find-nth-part @var{expr} @var{n})} would return @var{part}.
34050 If @var{part} is not a sub-formula of @var{expr}, it returns @code{nil}.
34051 If @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, it returns @code{t}.  This
34052 function does not take associativity into account.
34053 @end defun
34055 @defun calc-replace-sub-formula expr old new
34056 This function returns a copy of formula @var{expr}, with the
34057 sub-formula that is @code{eq} to @var{old} replaced by @var{new}.
34058 @end defun
34060 @defun simplify expr
34061 Simplify the expression @var{expr} by applying various algebraic rules.
34062 This is what the @w{@kbd{a s}} (@code{calc-simplify}) command uses.  This
34063 always returns a copy of the expression; the structure @var{expr} points
34064 to remains unchanged in memory.
34066 More precisely, here is what @code{simplify} does:  The expression is
34067 first normalized and evaluated by calling @code{normalize}.  If any
34068 @code{AlgSimpRules} have been defined, they are then applied.  Then
34069 the expression is traversed in a depth-first, bottom-up fashion; at
34070 each level, any simplifications that can be made are made until no
34071 further changes are possible.  Once the entire formula has been
34072 traversed in this way, it is compared with the original formula (from
34073 before the call to @code{normalize}) and, if it has changed,
34074 the entire procedure is repeated (starting with @code{normalize})
34075 until no further changes occur.  Usually only two iterations are
34076 needed:@: one to simplify the formula, and another to verify that no
34077 further simplifications were possible.
34078 @end defun
34080 @defun simplify-extended expr
34081 Simplify the expression @var{expr}, with additional rules enabled that
34082 help do a more thorough job, while not being entirely ``safe'' in all
34083 circumstances.  (For example, this mode will simplify @samp{sqrt(x^2)}
34084 to @samp{x}, which is only valid when @var{x} is positive.)  This is
34085 implemented by temporarily binding the variable @code{math-living-dangerously}
34086 to @code{t} (using a @code{let} form) and calling @code{simplify}.
34087 Dangerous simplification rules are written to check this variable
34088 before taking any action.
34089 @end defun
34091 @defun simplify-units expr
34092 Simplify the expression @var{expr}, treating variable names as units
34093 whenever possible.  This works by binding the variable
34094 @code{math-simplifying-units} to @code{t} while calling @code{simplify}.
34095 @end defun
34097 @defmac math-defsimplify funcs body
34098 Register a new simplification rule; this is normally called as a top-level
34099 form, like @code{defun} or @code{defmath}.  If @var{funcs} is a symbol
34100 (like @code{+} or @code{calcFunc-sqrt}), this simplification rule is
34101 applied to the formulas which are calls to the specified function.  Or,
34102 @var{funcs} can be a list of such symbols; the rule applies to all
34103 functions on the list.  The @var{body} is written like the body of a
34104 function with a single argument called @code{expr}.  The body will be
34105 executed with @code{expr} bound to a formula which is a call to one of
34106 the functions @var{funcs}.  If the function body returns @code{nil}, or
34107 if it returns a result @code{equal} to the original @code{expr}, it is
34108 ignored and Calc goes on to try the next simplification rule that applies.
34109 If the function body returns something different, that new formula is
34110 substituted for @var{expr} in the original formula.
34112 At each point in the formula, rules are tried in the order of the
34113 original calls to @code{math-defsimplify}; the search stops after the
34114 first rule that makes a change.  Thus later rules for that same
34115 function will not have a chance to trigger until the next iteration
34116 of the main @code{simplify} loop.
34118 Note that, since @code{defmath} is not being used here, @var{body} must
34119 be written in true Lisp code without the conveniences that @code{defmath}
34120 provides.  If you prefer, you can have @var{body} simply call another
34121 function (defined with @code{defmath}) which does the real work.
34123 The arguments of a function call will already have been simplified
34124 before any rules for the call itself are invoked.  Since a new argument
34125 list is consed up when this happens, this means that the rule's body is
34126 allowed to rearrange the function's arguments destructively if that is
34127 convenient.  Here is a typical example of a simplification rule:
34129 @smallexample
34130 (math-defsimplify calcFunc-arcsinh
34131   (or (and (math-looks-negp (nth 1 expr))
34132            (math-neg (list 'calcFunc-arcsinh
34133                            (math-neg (nth 1 expr)))))
34134       (and (eq (car-safe (nth 1 expr)) 'calcFunc-sinh)
34135            (or math-living-dangerously
34136                (math-known-realp (nth 1 (nth 1 expr))))
34137            (nth 1 (nth 1 expr)))))
34138 @end smallexample
34140 This is really a pair of rules written with one @code{math-defsimplify}
34141 for convenience; the first replaces @samp{arcsinh(-x)} with
34142 @samp{-arcsinh(x)}, and the second, which is safe only for real @samp{x},
34143 replaces @samp{arcsinh(sinh(x))} with @samp{x}.
34144 @end defmac
34146 @defun common-constant-factor expr
34147 Check @var{expr} to see if it is a sum of terms all multiplied by the
34148 same rational value.  If so, return this value.  If not, return @code{nil}.
34149 For example, if called on @samp{6x + 9y + 12z}, it would return 3, since
34150 3 is a common factor of all the terms.
34151 @end defun
34153 @defun cancel-common-factor expr factor
34154 Assuming @var{expr} is a sum with @var{factor} as a common factor,
34155 divide each term of the sum by @var{factor}.  This is done by
34156 destructively modifying parts of @var{expr}, on the assumption that
34157 it is being used by a simplification rule (where such things are
34158 allowed; see above).  For example, consider this built-in rule for
34159 square roots:
34161 @smallexample
34162 (math-defsimplify calcFunc-sqrt
34163   (let ((fac (math-common-constant-factor (nth 1 expr))))
34164     (and fac (not (eq fac 1))
34165          (math-mul (math-normalize (list 'calcFunc-sqrt fac))
34166                    (math-normalize
34167                     (list 'calcFunc-sqrt
34168                           (math-cancel-common-factor
34169                            (nth 1 expr) fac)))))))
34170 @end smallexample
34171 @end defun
34173 @defun frac-gcd a b
34174 Compute a ``rational GCD'' of @var{a} and @var{b}, which must both be
34175 rational numbers.  This is the fraction composed of the GCD of the
34176 numerators of @var{a} and @var{b}, over the GCD of the denominators.
34177 It is used by @code{common-constant-factor}.  Note that the standard
34178 @code{gcd} function uses the LCM to combine the denominators.
34179 @end defun
34181 @defun map-tree func expr many
34182 Try applying Lisp function @var{func} to various sub-expressions of
34183 @var{expr}.  Initially, call @var{func} with @var{expr} itself as an
34184 argument.  If this returns an expression which is not @code{equal} to
34185 @var{expr}, apply @var{func} again until eventually it does return
34186 @var{expr} with no changes.  Then, if @var{expr} is a function call,
34187 recursively apply @var{func} to each of the arguments.  This keeps going
34188 until no changes occur anywhere in the expression; this final expression
34189 is returned by @code{map-tree}.  Note that, unlike simplification rules,
34190 @var{func} functions may @emph{not} make destructive changes to
34191 @var{expr}.  If a third argument @var{many} is provided, it is an
34192 integer which says how many times @var{func} may be applied; the
34193 default, as described above, is infinitely many times.
34194 @end defun
34196 @defun compile-rewrites rules
34197 Compile the rewrite rule set specified by @var{rules}, which should
34198 be a formula that is either a vector or a variable name.  If the latter,
34199 the compiled rules are saved so that later @code{compile-rules} calls
34200 for that same variable can return immediately.  If there are problems
34201 with the rules, this function calls @code{error} with a suitable
34202 message.
34203 @end defun
34205 @defun apply-rewrites expr crules heads
34206 Apply the compiled rewrite rule set @var{crules} to the expression
34207 @var{expr}.  This will make only one rewrite and only checks at the
34208 top level of the expression.  The result @code{nil} if no rules
34209 matched, or if the only rules that matched did not actually change
34210 the expression.  The @var{heads} argument is optional; if is given,
34211 it should be a list of all function names that (may) appear in
34212 @var{expr}.  The rewrite compiler tags each rule with the
34213 rarest-looking function name in the rule; if you specify @var{heads},
34214 @code{apply-rewrites} can use this information to narrow its search
34215 down to just a few rules in the rule set.
34216 @end defun
34218 @defun rewrite-heads expr
34219 Compute a @var{heads} list for @var{expr} suitable for use with
34220 @code{apply-rewrites}, as discussed above.
34221 @end defun
34223 @defun rewrite expr rules many
34224 This is an all-in-one rewrite function.  It compiles the rule set
34225 specified by @var{rules}, then uses @code{map-tree} to apply the
34226 rules throughout @var{expr} up to @var{many} (default infinity)
34227 times.
34228 @end defun
34230 @defun match-patterns pat vec not-flag
34231 Given a Calc vector @var{vec} and an uncompiled pattern set or
34232 pattern set variable @var{pat}, this function returns a new vector
34233 of all elements of @var{vec} which do (or don't, if @var{not-flag} is
34234 non-@code{nil}) match any of the patterns in @var{pat}.
34235 @end defun
34237 @defun deriv expr var value symb
34238 Compute the derivative of @var{expr} with respect to variable @var{var}
34239 (which may actually be any sub-expression).  If @var{value} is specified,
34240 the derivative is evaluated at the value of @var{var}; otherwise, the
34241 derivative is left in terms of @var{var}.  If the expression contains
34242 functions for which no derivative formula is known, new derivative
34243 functions are invented by adding primes to the names; @pxref{Calculus}.
34244 However, if @var{symb} is non-@code{nil}, the presence of undifferentiable
34245 functions in @var{expr} instead cancels the whole differentiation, and
34246 @code{deriv} returns @code{nil} instead.
34248 Derivatives of an @var{n}-argument function can be defined by
34249 adding a @code{math-derivative-@var{n}} property to the property list
34250 of the symbol for the function's derivative, which will be the
34251 function name followed by an apostrophe.  The value of the property
34252 should be a Lisp function; it is called with the same arguments as the
34253 original function call that is being differentiated.  It should return
34254 a formula for the derivative.  For example, the derivative of @code{ln}
34255 is defined by
34257 @smallexample
34258 (put 'calcFunc-ln\' 'math-derivative-1
34259      (function (lambda (u) (math-div 1 u))))
34260 @end smallexample
34262 The two-argument @code{log} function has two derivatives,
34263 @smallexample
34264 (put 'calcFunc-log\' 'math-derivative-2     ; d(log(x,b)) / dx
34265      (function (lambda (x b) ... )))
34266 (put 'calcFunc-log\'2 'math-derivative-2    ; d(log(x,b)) / db
34267      (function (lambda (x b) ... )))
34268 @end smallexample
34269 @end defun
34271 @defun tderiv expr var value symb
34272 Compute the total derivative of @var{expr}.  This is the same as
34273 @code{deriv}, except that variables other than @var{var} are not
34274 assumed to be constant with respect to @var{var}.
34275 @end defun
34277 @defun integ expr var low high
34278 Compute the integral of @var{expr} with respect to @var{var}.
34279 @xref{Calculus}, for further details.
34280 @end defun
34282 @defmac math-defintegral funcs body
34283 Define a rule for integrating a function or functions of one argument;
34284 this macro is very similar in format to @code{math-defsimplify}.
34285 The main difference is that here @var{body} is the body of a function
34286 with a single argument @code{u} which is bound to the argument to the
34287 function being integrated, not the function call itself.  Also, the
34288 variable of integration is available as @code{math-integ-var}.  If
34289 evaluation of the integral requires doing further integrals, the body
34290 should call @samp{(math-integral @var{x})} to find the integral of
34291 @var{x} with respect to @code{math-integ-var}; this function returns
34292 @code{nil} if the integral could not be done.  Some examples:
34294 @smallexample
34295 (math-defintegral calcFunc-conj
34296   (let ((int (math-integral u)))
34297     (and int
34298          (list 'calcFunc-conj int))))
34300 (math-defintegral calcFunc-cos
34301   (and (equal u math-integ-var)
34302        (math-from-radians-2 (list 'calcFunc-sin u))))
34303 @end smallexample
34305 In the @code{cos} example, we define only the integral of @samp{cos(x) dx},
34306 relying on the general integration-by-substitution facility to handle
34307 cosines of more complicated arguments.  An integration rule should return
34308 @code{nil} if it can't do the integral; if several rules are defined for
34309 the same function, they are tried in order until one returns a non-@code{nil}
34310 result.
34311 @end defmac
34313 @defmac math-defintegral-2 funcs body
34314 Define a rule for integrating a function or functions of two arguments.
34315 This is exactly analogous to @code{math-defintegral}, except that @var{body}
34316 is written as the body of a function with two arguments, @var{u} and
34317 @var{v}.
34318 @end defmac
34320 @defun solve-for lhs rhs var full
34321 Attempt to solve the equation @samp{@var{lhs} = @var{rhs}} by isolating
34322 the variable @var{var} on the lefthand side; return the resulting righthand
34323 side, or @code{nil} if the equation cannot be solved.  The variable
34324 @var{var} must appear at least once in @var{lhs} or @var{rhs}.  Note that
34325 the return value is a formula which does not contain @var{var}; this is
34326 different from the user-level @code{solve} and @code{finv} functions,
34327 which return a rearranged equation or a functional inverse, respectively.
34328 If @var{full} is non-@code{nil}, a full solution including dummy signs
34329 and dummy integers will be produced.  User-defined inverses are provided
34330 as properties in a manner similar to derivatives:
34332 @smallexample
34333 (put 'calcFunc-ln 'math-inverse
34334      (function (lambda (x) (list 'calcFunc-exp x))))
34335 @end smallexample
34337 This function can call @samp{(math-solve-get-sign @var{x})} to create
34338 a new arbitrary sign variable, returning @var{x} times that sign, and
34339 @samp{(math-solve-get-int @var{x})} to create a new arbitrary integer
34340 variable multiplied by @var{x}.  These functions simply return @var{x}
34341 if the caller requested a non-``full'' solution.
34342 @end defun
34344 @defun solve-eqn expr var full
34345 This version of @code{solve-for} takes an expression which will
34346 typically be an equation or inequality.  (If it is not, it will be
34347 interpreted as the equation @samp{@var{expr} = 0}.)  It returns an
34348 equation or inequality, or @code{nil} if no solution could be found.
34349 @end defun
34351 @defun solve-system exprs vars full
34352 This function solves a system of equations.  Generally, @var{exprs}
34353 and @var{vars} will be vectors of equal length.
34354 @xref{Solving Systems of Equations}, for other options.
34355 @end defun
34357 @defun expr-contains expr var
34358 Returns a non-@code{nil} value if @var{var} occurs as a subexpression
34359 of @var{expr}.
34361 This function might seem at first to be identical to
34362 @code{calc-find-sub-formula}.  The key difference is that
34363 @code{expr-contains} uses @code{equal} to test for matches, whereas
34364 @code{calc-find-sub-formula} uses @code{eq}.  In the formula
34365 @samp{f(a, a)}, the two @samp{a}s will be @code{equal} but not
34366 @code{eq} to each other.
34367 @end defun
34369 @defun expr-contains-count expr var
34370 Returns the number of occurrences of @var{var} as a subexpression
34371 of @var{expr}, or @code{nil} if there are no occurrences.
34372 @end defun
34374 @defun expr-depends expr var
34375 Returns true if @var{expr} refers to any variable the occurs in @var{var}.
34376 In other words, it checks if @var{expr} and @var{var} have any variables
34377 in common.
34378 @end defun
34380 @defun expr-contains-vars expr
34381 Return true if @var{expr} contains any variables, or @code{nil} if @var{expr}
34382 contains only constants and functions with constant arguments.
34383 @end defun
34385 @defun expr-subst expr old new
34386 Returns a copy of @var{expr}, with all occurrences of @var{old} replaced
34387 by @var{new}.  This treats @code{lambda} forms specially with respect
34388 to the dummy argument variables, so that the effect is always to return
34389 @var{expr} evaluated at @var{old} = @var{new}.
34390 @end defun
34392 @defun multi-subst expr old new
34393 This is like @code{expr-subst}, except that @var{old} and @var{new}
34394 are lists of expressions to be substituted simultaneously.  If one
34395 list is shorter than the other, trailing elements of the longer list
34396 are ignored.
34397 @end defun
34399 @defun expr-weight expr
34400 Returns the ``weight'' of @var{expr}, basically a count of the total
34401 number of objects and function calls that appear in @var{expr}.  For
34402 ``primitive'' objects, this will be one.
34403 @end defun
34405 @defun expr-height expr
34406 Returns the ``height'' of @var{expr}, which is the deepest level to
34407 which function calls are nested.  (Note that @samp{@var{a} + @var{b}}
34408 counts as a function call.)  For primitive objects, this returns zero.
34409 @end defun
34411 @defun polynomial-p expr var
34412 Check if @var{expr} is a polynomial in variable (or sub-expression)
34413 @var{var}.  If so, return the degree of the polynomial, that is, the
34414 highest power of @var{var} that appears in @var{expr}.  For example,
34415 for @samp{(x^2 + 3)^3 + 4} this would return 6.  This function returns
34416 @code{nil} unless @var{expr}, when expanded out by @kbd{a x}
34417 (@code{calc-expand}), would consist of a sum of terms in which @var{var}
34418 appears only raised to nonnegative integer powers.  Note that if
34419 @var{var} does not occur in @var{expr}, then @var{expr} is considered
34420 a polynomial of degree 0.
34421 @end defun
34423 @defun is-polynomial expr var degree loose
34424 Check if @var{expr} is a polynomial in variable or sub-expression
34425 @var{var}, and, if so, return a list representation of the polynomial
34426 where the elements of the list are coefficients of successive powers of
34427 @var{var}: @samp{@var{a} + @var{b} x + @var{c} x^3} would produce the
34428 list @samp{(@var{a} @var{b} 0 @var{c})}, and @samp{(x + 1)^2} would
34429 produce the list @samp{(1 2 1)}.  The highest element of the list will
34430 be non-zero, with the special exception that if @var{expr} is the
34431 constant zero, the returned value will be @samp{(0)}.  Return @code{nil}
34432 if @var{expr} is not a polynomial in @var{var}.  If @var{degree} is
34433 specified, this will not consider polynomials of degree higher than that
34434 value.  This is a good precaution because otherwise an input of
34435 @samp{(x+1)^1000} will cause a huge coefficient list to be built.  If
34436 @var{loose} is non-@code{nil}, then a looser definition of a polynomial
34437 is used in which coefficients are no longer required not to depend on
34438 @var{var}, but are only required not to take the form of polynomials
34439 themselves.  For example, @samp{sin(x) x^2 + cos(x)} is a loose
34440 polynomial with coefficients @samp{((calcFunc-cos x) 0 (calcFunc-sin
34441 x))}.  The result will never be @code{nil} in loose mode, since any
34442 expression can be interpreted as a ``constant'' loose polynomial.
34443 @end defun
34445 @defun polynomial-base expr pred
34446 Check if @var{expr} is a polynomial in any variable that occurs in it;
34447 if so, return that variable.  (If @var{expr} is a multivariate polynomial,
34448 this chooses one variable arbitrarily.)  If @var{pred} is specified, it should
34449 be a Lisp function which is called as @samp{(@var{pred} @var{subexpr})},
34450 and which should return true if @code{mpb-top-expr} (a global name for
34451 the original @var{expr}) is a suitable polynomial in @var{subexpr}.
34452 The default predicate uses @samp{(polynomial-p mpb-top-expr @var{subexpr})};
34453 you can use @var{pred} to specify additional conditions.  Or, you could
34454 have @var{pred} build up a list of every suitable @var{subexpr} that
34455 is found.
34456 @end defun
34458 @defun poly-simplify poly
34459 Simplify polynomial coefficient list @var{poly} by (destructively)
34460 clipping off trailing zeros.
34461 @end defun
34463 @defun poly-mix a ac b bc
34464 Mix two polynomial lists @var{a} and @var{b} (in the form returned by
34465 @code{is-polynomial}) in a linear combination with coefficient expressions
34466 @var{ac} and @var{bc}.  The result is a (not necessarily simplified)
34467 polynomial list representing @samp{@var{ac} @var{a} + @var{bc} @var{b}}.
34468 @end defun
34470 @defun poly-mul a b
34471 Multiply two polynomial coefficient lists @var{a} and @var{b}.  The
34472 result will be in simplified form if the inputs were simplified.
34473 @end defun
34475 @defun build-polynomial-expr poly var
34476 Construct a Calc formula which represents the polynomial coefficient
34477 list @var{poly} applied to variable @var{var}.  The @kbd{a c}
34478 (@code{calc-collect}) command uses @code{is-polynomial} to turn an
34479 expression into a coefficient list, then @code{build-polynomial-expr}
34480 to turn the list back into an expression in regular form.
34481 @end defun
34483 @defun check-unit-name var
34484 Check if @var{var} is a variable which can be interpreted as a unit
34485 name.  If so, return the units table entry for that unit.  This
34486 will be a list whose first element is the unit name (not counting
34487 prefix characters) as a symbol and whose second element is the
34488 Calc expression which defines the unit.  (Refer to the Calc sources
34489 for details on the remaining elements of this list.)  If @var{var}
34490 is not a variable or is not a unit name, return @code{nil}.
34491 @end defun
34493 @defun units-in-expr-p expr sub-exprs
34494 Return true if @var{expr} contains any variables which can be
34495 interpreted as units.  If @var{sub-exprs} is @code{t}, the entire
34496 expression is searched.  If @var{sub-exprs} is @code{nil}, this
34497 checks whether @var{expr} is directly a units expression.
34498 @end defun
34500 @defun single-units-in-expr-p expr
34501 Check whether @var{expr} contains exactly one units variable.  If so,
34502 return the units table entry for the variable.  If @var{expr} does
34503 not contain any units, return @code{nil}.  If @var{expr} contains
34504 two or more units, return the symbol @code{wrong}.
34505 @end defun
34507 @defun to-standard-units expr which
34508 Convert units expression @var{expr} to base units.  If @var{which}
34509 is @code{nil}, use Calc's native base units.  Otherwise, @var{which}
34510 can specify a units system, which is a list of two-element lists,
34511 where the first element is a Calc base symbol name and the second
34512 is an expression to substitute for it.
34513 @end defun
34515 @defun remove-units expr
34516 Return a copy of @var{expr} with all units variables replaced by ones.
34517 This expression is generally normalized before use.
34518 @end defun
34520 @defun extract-units expr
34521 Return a copy of @var{expr} with everything but units variables replaced
34522 by ones.
34523 @end defun
34525 @node Formatting Lisp Functions, Hooks, Symbolic Lisp Functions, Internals
34526 @subsubsection I/O and Formatting Functions
34528 @noindent
34529 The functions described here are responsible for parsing and formatting
34530 Calc numbers and formulas.
34532 @defun calc-eval str sep arg1 arg2 @dots{}
34533 This is the simplest interface to the Calculator from another Lisp program.
34534 @xref{Calling Calc from Your Programs}.
34535 @end defun
34537 @defun read-number str
34538 If string @var{str} contains a valid Calc number, either integer,
34539 fraction, float, or HMS form, this function parses and returns that
34540 number.  Otherwise, it returns @code{nil}.
34541 @end defun
34543 @defun read-expr str
34544 Read an algebraic expression from string @var{str}.  If @var{str} does
34545 not have the form of a valid expression, return a list of the form
34546 @samp{(error @var{pos} @var{msg})} where @var{pos} is an integer index
34547 into @var{str} of the general location of the error, and @var{msg} is
34548 a string describing the problem.
34549 @end defun
34551 @defun read-exprs str
34552 Read a list of expressions separated by commas, and return it as a
34553 Lisp list.  If an error occurs in any expressions, an error list as
34554 shown above is returned instead.
34555 @end defun
34557 @defun calc-do-alg-entry initial prompt no-norm
34558 Read an algebraic formula or formulas using the minibuffer.  All
34559 conventions of regular algebraic entry are observed.  The return value
34560 is a list of Calc formulas; there will be more than one if the user
34561 entered a list of values separated by commas.  The result is @code{nil}
34562 if the user presses Return with a blank line.  If @var{initial} is
34563 given, it is a string which the minibuffer will initially contain.
34564 If @var{prompt} is given, it is the prompt string to use; the default
34565 is ``Algebraic:''.  If @var{no-norm} is @code{t}, the formulas will
34566 be returned exactly as parsed; otherwise, they will be passed through
34567 @code{calc-normalize} first.
34569 To support the use of @kbd{$} characters in the algebraic entry, use
34570 @code{let} to bind @code{calc-dollar-values} to a list of the values
34571 to be substituted for @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on, and bind
34572 @code{calc-dollar-used} to 0.  Upon return, @code{calc-dollar-used}
34573 will have been changed to the highest number of consecutive @kbd{$}s
34574 that actually appeared in the input.
34575 @end defun
34577 @defun format-number a
34578 Convert the real or complex number or HMS form @var{a} to string form.
34579 @end defun
34581 @defun format-flat-expr a prec
34582 Convert the arbitrary Calc number or formula @var{a} to string form,
34583 in the style used by the trail buffer and the @code{calc-edit} command.
34584 This is a simple format designed
34585 mostly to guarantee the string is of a form that can be re-parsed by
34586 @code{read-expr}.  Most formatting modes, such as digit grouping,
34587 complex number format, and point character, are ignored to ensure the
34588 result will be re-readable.  The @var{prec} parameter is normally 0; if
34589 you pass a large integer like 1000 instead, the expression will be
34590 surrounded by parentheses unless it is a plain number or variable name.
34591 @end defun
34593 @defun format-nice-expr a width
34594 This is like @code{format-flat-expr} (with @var{prec} equal to 0),
34595 except that newlines will be inserted to keep lines down to the
34596 specified @var{width}, and vectors that look like matrices or rewrite
34597 rules are written in a pseudo-matrix format.  The @code{calc-edit}
34598 command uses this when only one stack entry is being edited.
34599 @end defun
34601 @defun format-value a width
34602 Convert the Calc number or formula @var{a} to string form, using the
34603 format seen in the stack buffer.  Beware the string returned may
34604 not be re-readable by @code{read-expr}, for example, because of digit
34605 grouping.  Multi-line objects like matrices produce strings that
34606 contain newline characters to separate the lines.  The @var{w}
34607 parameter, if given, is the target window size for which to format
34608 the expressions.  If @var{w} is omitted, the width of the Calculator
34609 window is used.
34610 @end defun
34612 @defun compose-expr a prec
34613 Format the Calc number or formula @var{a} according to the current
34614 language mode, returning a ``composition.''  To learn about the
34615 structure of compositions, see the comments in the Calc source code.
34616 You can specify the format of a given type of function call by putting
34617 a @code{math-compose-@var{lang}} property on the function's symbol,
34618 whose value is a Lisp function that takes @var{a} and @var{prec} as
34619 arguments and returns a composition.  Here @var{lang} is a language
34620 mode name, one of @code{normal}, @code{big}, @code{c}, @code{pascal},
34621 @code{fortran}, @code{tex}, @code{eqn}, @code{math}, or @code{maple}.
34622 In Big mode, Calc actually tries @code{math-compose-big} first, then
34623 tries @code{math-compose-normal}.  If this property does not exist,
34624 or if the function returns @code{nil}, the function is written in the
34625 normal function-call notation for that language.
34626 @end defun
34628 @defun composition-to-string c w
34629 Convert a composition structure returned by @code{compose-expr} into
34630 a string.  Multi-line compositions convert to strings containing
34631 newline characters.  The target window size is given by @var{w}.
34632 The @code{format-value} function basically calls @code{compose-expr}
34633 followed by @code{composition-to-string}.
34634 @end defun
34636 @defun comp-width c
34637 Compute the width in characters of composition @var{c}.
34638 @end defun
34640 @defun comp-height c
34641 Compute the height in lines of composition @var{c}.
34642 @end defun
34644 @defun comp-ascent c
34645 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is on or
34646 above the baseline.  For a one-line composition, this will be one.
34647 @end defun
34649 @defun comp-descent c
34650 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is below
34651 the baseline.  For a one-line composition, this will be zero.
34652 @end defun
34654 @defun comp-first-char c
34655 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the first
34656 (leftmost) character of the composition as an integer.  Otherwise,
34657 return @code{nil}.
34658 @end defun
34660 @defun comp-last-char c
34661 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the last
34662 (rightmost) character, otherwise return @code{nil}.
34663 @end defun
34665 @comment @node Lisp Variables, Hooks, Formatting Lisp Functions, Internals
34666 @comment @subsubsection Lisp Variables
34667 @comment
34668 @comment @noindent
34669 @comment (This section is currently unfinished.)
34671 @node Hooks, , Formatting Lisp Functions, Internals
34672 @subsubsection Hooks
34674 @noindent
34675 Hooks are variables which contain Lisp functions (or lists of functions)
34676 which are called at various times.  Calc defines a number of hooks
34677 that help you to customize it in various ways.  Calc uses the Lisp
34678 function @code{run-hooks} to invoke the hooks shown below.  Several
34679 other customization-related variables are also described here.
34681 @defvar calc-load-hook
34682 This hook is called at the end of @file{calc.el}, after the file has
34683 been loaded, before any functions in it have been called, but after
34684 @code{calc-mode-map} and similar variables have been set up.
34685 @end defvar
34687 @defvar calc-ext-load-hook
34688 This hook is called at the end of @file{calc-ext.el}.
34689 @end defvar
34691 @defvar calc-start-hook
34692 This hook is called as the last step in a @kbd{M-x calc} command.
34693 At this point, the Calc buffer has been created and initialized if
34694 necessary, the Calc window and trail window have been created,
34695 and the ``Welcome to Calc'' message has been displayed.
34696 @end defvar
34698 @defvar calc-mode-hook
34699 This hook is called when the Calc buffer is being created.  Usually
34700 this will only happen once per Emacs session.  The hook is called
34701 after Emacs has switched to the new buffer, the mode-settings file
34702 has been read if necessary, and all other buffer-local variables
34703 have been set up.  After this hook returns, Calc will perform a
34704 @code{calc-refresh} operation, set up the mode line display, then
34705 evaluate any deferred @code{calc-define} properties that have not
34706 been evaluated yet.
34707 @end defvar
34709 @defvar calc-trail-mode-hook
34710 This hook is called when the Calc Trail buffer is being created.
34711 It is called as the very last step of setting up the Trail buffer.
34712 Like @code{calc-mode-hook}, this will normally happen only once
34713 per Emacs session.
34714 @end defvar
34716 @defvar calc-end-hook
34717 This hook is called by @code{calc-quit}, generally because the user
34718 presses @kbd{q} or @kbd{C-x * c} while in Calc.  The Calc buffer will
34719 be the current buffer.  The hook is called as the very first
34720 step, before the Calc window is destroyed.
34721 @end defvar
34723 @defvar calc-window-hook
34724 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc window.
34725 Upon return, this new Calc window should be the current window.
34726 (The Calc buffer will already be the current buffer when the
34727 hook is called.)  If the hook is not defined, Calc will
34728 generally use @code{split-window}, @code{set-window-buffer},
34729 and @code{select-window} to create the Calc window.
34730 @end defvar
34732 @defvar calc-trail-window-hook
34733 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc Trail
34734 window.  The variable @code{calc-trail-buffer} will contain the buffer
34735 which the window should use.  Unlike @code{calc-window-hook}, this hook
34736 must @emph{not} switch into the new window.
34737 @end defvar
34739 @defvar calc-embedded-mode-hook
34740 This hook is called the first time that Embedded mode is entered.
34741 @end defvar
34743 @defvar calc-embedded-new-buffer-hook
34744 This hook is called each time that Embedded mode is entered in a
34745 new buffer.
34746 @end defvar
34748 @defvar calc-embedded-new-formula-hook
34749 This hook is called each time that Embedded mode is enabled for a
34750 new formula.
34751 @end defvar
34753 @defvar calc-edit-mode-hook
34754 This hook is called by @code{calc-edit} (and the other ``edit''
34755 commands) when the temporary editing buffer is being created.
34756 The buffer will have been selected and set up to be in
34757 @code{calc-edit-mode}, but will not yet have been filled with
34758 text.  (In fact it may still have leftover text from a previous
34759 @code{calc-edit} command.)
34760 @end defvar
34762 @defvar calc-mode-save-hook
34763 This hook is called by the @code{calc-save-modes} command,
34764 after Calc's own mode features have been inserted into the
34765 Calc init file and just before the ``End of mode settings''
34766 message is inserted.
34767 @end defvar
34769 @defvar calc-reset-hook
34770 This hook is called after @kbd{C-x * 0} (@code{calc-reset}) has
34771 reset all modes.  The Calc buffer will be the current buffer.
34772 @end defvar
34774 @defvar calc-other-modes
34775 This variable contains a list of strings.  The strings are
34776 concatenated at the end of the modes portion of the Calc
34777 mode line (after standard modes such as ``Deg'', ``Inv'' and
34778 ``Hyp'').  Each string should be a short, single word followed
34779 by a space.  The variable is @code{nil} by default.
34780 @end defvar
34782 @defvar calc-mode-map
34783 This is the keymap that is used by Calc mode.  The best time
34784 to adjust it is probably in a @code{calc-mode-hook}.  If the
34785 Calc extensions package (@file{calc-ext.el}) has not yet been
34786 loaded, many of these keys will be bound to @code{calc-missing-key},
34787 which is a command that loads the extensions package and
34788 ``retypes'' the key.  If your @code{calc-mode-hook} rebinds
34789 one of these keys, it will probably be overridden when the
34790 extensions are loaded.
34791 @end defvar
34793 @defvar calc-digit-map
34794 This is the keymap that is used during numeric entry.  Numeric
34795 entry uses the minibuffer, but this map binds every non-numeric
34796 key to @code{calcDigit-nondigit} which generally calls
34797 @code{exit-minibuffer} and ``retypes'' the key.
34798 @end defvar
34800 @defvar calc-alg-ent-map
34801 This is the keymap that is used during algebraic entry.  This is
34802 mostly a copy of @code{minibuffer-local-map}.
34803 @end defvar
34805 @defvar calc-store-var-map
34806 This is the keymap that is used during entry of variable names for
34807 commands like @code{calc-store} and @code{calc-recall}.  This is
34808 mostly a copy of @code{minibuffer-local-completion-map}.
34809 @end defvar
34811 @defvar calc-edit-mode-map
34812 This is the (sparse) keymap used by @code{calc-edit} and other
34813 temporary editing commands.  It binds @key{RET}, @key{LFD},
34814 and @kbd{C-c C-c} to @code{calc-edit-finish}.
34815 @end defvar
34817 @defvar calc-mode-var-list
34818 This is a list of variables which are saved by @code{calc-save-modes}.
34819 Each entry is a list of two items, the variable (as a Lisp symbol)
34820 and its default value.  When modes are being saved, each variable
34821 is compared with its default value (using @code{equal}) and any
34822 non-default variables are written out.
34823 @end defvar
34825 @defvar calc-local-var-list
34826 This is a list of variables which should be buffer-local to the
34827 Calc buffer.  Each entry is a variable name (as a Lisp symbol).
34828 These variables also have their default values manipulated by
34829 the @code{calc} and @code{calc-quit} commands; @pxref{Multiple Calculators}.
34830 Since @code{calc-mode-hook} is called after this list has been
34831 used the first time, your hook should add a variable to the
34832 list and also call @code{make-local-variable} itself.
34833 @end defvar
34835 @node Customizing Calc, Reporting Bugs, Programming, Top
34836 @appendix Customizing Calc
34838 The usual prefix for Calc is the key sequence @kbd{C-x *}.  If you wish
34839 to use a different prefix, you can put
34841 @example
34842 (global-set-key "NEWPREFIX" 'calc-dispatch)
34843 @end example
34845 @noindent
34846 in your .emacs file.  
34847 (@xref{Key Bindings,,Customizing Key Bindings,emacs,
34848 The GNU Emacs Manual}, for more information on binding keys.)
34849 A convenient way to start Calc is with @kbd{C-x * *}; to make it equally
34850 convenient for users who use a different prefix, the prefix can be
34851 followed by  @kbd{=}, @kbd{&}, @kbd{#}, @kbd{\}, @kbd{/}, @kbd{+} or
34852 @kbd{-} as well as @kbd{*} to start Calc, and so in many cases the last
34853 character of the prefix can simply be typed twice.
34855 Calc is controlled by many variables, most of which can be reset
34856 from within Calc.  Some variables are less involved with actual
34857 calculation, and can be set outside of Calc using Emacs's
34858 customization facilities.  These variables are listed below.
34859 Typing @kbd{M-x customize-variable RET @var{variable-name} RET}
34860 will bring up a buffer in which the variable's value can be redefined.
34861 Typing @kbd{M-x customize-group RET calc RET} will bring up a buffer which
34862 contains all of Calc's customizable variables.  (These variables can
34863 also be reset by putting the appropriate lines in your .emacs file;
34864 @xref{Init File, ,Init File, emacs, The GNU Emacs Manual}.)
34866 Some of the customizable variables are regular expressions.  A regular
34867 expression is basically a pattern that Calc can search for.
34868 See @ref{Regexp Search,, Regular Expression Search, emacs, The GNU Emacs Manual}
34869 to see how regular expressions work.
34871 @defvar calc-settings-file
34872 The variable @code{calc-settings-file} holds the file name in
34873 which commands like @kbd{m m} and @kbd{Z P} store ``permanent''
34874 definitions.  
34875 If @code{calc-settings-file} is not your user init file (typically
34876 @file{~/.emacs}) and if the variable @code{calc-loaded-settings-file} is
34877 @code{nil}, then Calc will automatically load your settings file (if it
34878 exists) the first time Calc is invoked.
34880 The default value for this variable is @code{"~/.calc.el"}.
34881 @end defvar
34883 @defvar calc-gnuplot-name
34884 See @ref{Graphics}.@*
34885 The variable @code{calc-gnuplot-name} should be the name of the
34886 GNUPLOT program (a string).  If you have GNUPLOT installed on your
34887 system but Calc is unable to find it, you may need to set this
34888 variable.  (@pxref{Customizing Calc})
34889 You may also need to set some Lisp variables to show Calc how to run
34890 GNUPLOT on your system, see @ref{Devices, ,Graphical Devices} .  The default value
34891 of @code{calc-gnuplot-name} is @code{"gnuplot"}.
34892 @end defvar
34894 @defvar  calc-gnuplot-plot-command
34895 @defvarx calc-gnuplot-print-command
34896 See @ref{Devices, ,Graphical Devices}.@*
34897 The variables @code{calc-gnuplot-plot-command} and
34898 @code{calc-gnuplot-print-command} represent system commands to
34899 display and print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
34900 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
34901 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
34902 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
34903 to display or print the output.
34905 The default value of @code{calc-gnuplot-plot-command} is @code{nil},
34906 and the default value of @code{calc-gnuplot-print-command} is
34907 @code{"lp %s"}.
34908 @end defvar
34910 @defvar calc-language-alist
34911 See @ref{Basic Embedded Mode}.@*
34912 The variable @code{calc-language-alist} controls the languages that
34913 Calc will associate with major modes.  When Calc embedded mode is
34914 enabled, it will try to use the current major mode to
34915 determine what language should be used.  (This can be overridden using
34916 Calc's mode changing commands, @xref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
34917 The variable @code{calc-language-alist} consists of a list of pairs of
34918 the form  @code{(@var{MAJOR-MODE} . @var{LANGUAGE})}; for example, 
34919 @code{(latex-mode . latex)} is one such pair.  If Calc embedded is
34920 activated in a buffer whose major mode is @var{MAJOR-MODE}, it will set itself
34921 to use the language @var{LANGUAGE}.
34923 The default value of @code{calc-language-alist} is
34924 @example
34925    ((latex-mode . latex)
34926     (tex-mode   . tex)
34927     (plain-tex-mode . tex)
34928     (context-mode . tex)
34929     (nroff-mode . eqn)
34930     (pascal-mode . pascal)
34931     (c-mode . c)
34932     (c++-mode . c)
34933     (fortran-mode . fortran)
34934     (f90-mode . fortran))
34935 @end example
34936 @end defvar
34938 @defvar calc-embedded-announce-formula
34939 @defvarx calc-embedded-announce-formula-alist
34940 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34941 The variable @code{calc-embedded-announce-formula} helps determine
34942 what formulas @kbd{C-x * a} will activate in a buffer.  It is a
34943 regular expression, and when activating embedded formulas with
34944 @kbd{C-x * a}, it will tell Calc that what follows is a formula to be
34945 activated.  (Calc also uses other patterns to find formulas, such as
34946 @samp{=>} and @samp{:=}.)  
34948 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, which checks
34949 for @samp{%Embed} followed by any number of lines beginning with
34950 @samp{%} and a space.
34952 The variable @code{calc-embedded-announce-formula-alist} is used to
34953 set @code{calc-embedded-announce-formula} to different regular
34954 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
34955 It consists of a list of pairs of the form @code{(@var{MAJOR-MODE} .
34956 @var{REGEXP})}, and its default value is
34957 @example
34958    ((c++-mode     . "//Embed\n\\(// .*\n\\)*")
34959     (c-mode       . "/\\*Embed\\*/\n\\(/\\* .*\\*/\n\\)*")
34960     (f90-mode     . "!Embed\n\\(! .*\n\\)*")
34961     (fortran-mode . "C Embed\n\\(C .*\n\\)*")
34962     (html-helper-mode . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34963     (html-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34964     (nroff-mode   . "\\\\\"Embed\n\\(\\\\\" .*\n\\)*")
34965     (pascal-mode  . "@{Embed@}\n\\(@{.*@}\n\\)*")
34966     (sgml-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34967     (xml-mode     . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34968     (texinfo-mode . "@@c Embed\n\\(@@c .*\n\\)*"))
34969 @end example
34970 Any major modes added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
34971 should also be added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist} 
34972 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
34973 @end defvar
34975 @defvar  calc-embedded-open-formula
34976 @defvarx calc-embedded-close-formula
34977 @defvarx calc-embedded-open-close-formula-alist
34978 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34979 The variables @code{calc-embedded-open-formula} and
34980 @code{calc-embedded-open-formula} control the region that Calc will
34981 activate as a formula when Embedded mode is entered with @kbd{C-x * e}.
34982 They are regular expressions; 
34983 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
34984 nearest text matching these regular expressions to be the ``formula
34985 delimiters''.
34987 The simplest delimiters are blank lines.  Other delimiters that
34988 Embedded mode understands by default are:
34989 @enumerate
34990 @item
34991 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
34992 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
34993 @item
34994 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
34995 @item
34996 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
34997 @item
34998 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
34999 @item
35000 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
35001 @end enumerate
35003 The variable @code{calc-embedded-open-close-formula-alist} is used to
35004 set @code{calc-embedded-open-formula} and
35005 @code{calc-embedded-close-formula} to different regular
35006 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35007 It consists of a list of lists of the form 
35008 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-FORMULA-REGEXP}
35009 @var{CLOSE-FORMULA-REGEXP})}, and its default value is
35010 @code{nil}.
35011 @end defvar
35013 @defvar  calc-embedded-open-word
35014 @defvarx calc-embedded-close-word
35015 @defvarx calc-embedded-open-close-word-alist
35016 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35017 The variables @code{calc-embedded-open-word} and
35018 @code{calc-embedded-close-word} control the region that Calc will
35019 activate when Embedded mode is entered with @kbd{C-x * w}.  They are
35020 regular expressions.
35022 The default values of @code{calc-embedded-open-word} and
35023 @code{calc-embedded-close-word} are @code{"^\\|[^-+0-9.eE]"} and 
35024 @code{"$\\|[^-+0-9.eE]"} respectively.
35026 The variable @code{calc-embedded-open-close-word-alist} is used to
35027 set @code{calc-embedded-open-word} and
35028 @code{calc-embedded-close-word} to different regular
35029 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35030 It consists of a list of lists of the form 
35031 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-WORD-REGEXP}
35032 @var{CLOSE-WORD-REGEXP})}, and its default value is
35033 @code{nil}.
35034 @end defvar
35036 @defvar  calc-embedded-open-plain
35037 @defvarx calc-embedded-close-plain
35038 @defvarx calc-embedded-open-close-plain-alist
35039 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35040 The variables @code{calc-embedded-open-plain} and
35041 @code{calc-embedded-open-plain} are used to delimit ``plain''
35042 formulas.  Note that these are actual strings, not regular
35043 expressions, because Calc must be able to write these string into a
35044 buffer as well as to recognize them.
35046 The default string for @code{calc-embedded-open-plain} is 
35047 @code{"%%% "}, note the trailing space.  The default string for 
35048 @code{calc-embedded-close-plain} is @code{" %%%\n"}, without
35049 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
35050 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
35052 The variable @code{calc-embedded-open-close-plain-alist} is used to
35053 set @code{calc-embedded-open-plain} and
35054 @code{calc-embedded-close-plain} to different strings
35055 depending on the major mode of the editing buffer.
35056 It consists of a list of lists of the form 
35057 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-PLAIN-STRING}
35058 @var{CLOSE-PLAIN-STRING})}, and its default value is
35059 @example
35060    ((c++-mode     "// %% "   " %%\n")
35061     (c-mode       "/* %% "   " %% */\n")
35062     (f90-mode     "! %% "    " %%\n")
35063     (fortran-mode "C %% "    " %%\n")
35064     (html-helper-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
35065     (html-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
35066     (nroff-mode   "\\\" %% " " %%\n")
35067     (pascal-mode  "@{%% "    " %%@}\n")
35068     (sgml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
35069     (xml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
35070     (texinfo-mode "@@c %% "   " %%\n"))
35071 @end example
35072 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}
35073 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35074 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
35075 @end defvar
35077 @defvar  calc-embedded-open-new-formula
35078 @defvarx calc-embedded-close-new-formula
35079 @defvarx calc-embedded-open-close-new-formula-alist
35080 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35081 The variables @code{calc-embedded-open-new-formula} and
35082 @code{calc-embedded-close-new-formula} are strings which are
35083 inserted before and after a new formula when you type @kbd{C-x * f}.
35085 The default value of @code{calc-embedded-open-new-formula} is
35086 @code{"\n\n"}.  If this string begins with a newline character and the
35087 @kbd{C-x * f} is typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip
35088 this first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in the
35089 file.  The default value of @code{calc-embedded-close-new-formula} is
35090 also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by @w{@kbd{C-x * f}}
35091 if typed at the end of a line.  (It follows that if @kbd{C-x * f} is
35092 typed on a blank line, both a leading opening newline and a trailing
35093 closing newline are omitted.)
35095 The variable @code{calc-embedded-open-close-new-formula-alist} is used to
35096 set @code{calc-embedded-open-new-formula} and
35097 @code{calc-embedded-close-new-formula} to different strings
35098 depending on the major mode of the editing buffer.
35099 It consists of a list of lists of the form 
35100 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-NEW-FORMULA-STRING}
35101 @var{CLOSE-NEW-FORMULA-STRING})}, and its default value is
35102 @code{nil}.
35103 @end defvar
35105 @defvar  calc-embedded-open-mode
35106 @defvarx calc-embedded-close-mode
35107 @defvarx calc-embedded-open-close-mode-alist
35108 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
35109 The variables @code{calc-embedded-open-mode} and
35110 @code{calc-embedded-close-mode} are strings which Calc will place before
35111 and after any mode annotations that it inserts.  Calc never scans for
35112 these strings; Calc always looks for the annotation itself, so it is not
35113 necessary to add them to user-written annotations.
35115 The default value of @code{calc-embedded-open-mode} is @code{"% "}
35116 and the default value of @code{calc-embedded-close-mode} is
35117 @code{"\n"}.  
35118 If you change the value of @code{calc-embedded-close-mode}, it is a good
35119 idea still to end with a newline so that mode annotations will appear on
35120 lines by themselves.
35122 The variable @code{calc-embedded-open-close-mode-alist} is used to
35123 set @code{calc-embedded-open-mode} and
35124 @code{calc-embedded-close-mode} to different strings
35125 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
35126 It consists of a list of lists of the form 
35127 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-MODE-STRING}
35128 @var{CLOSE-MODE-STRING})}, and its default value is
35129 @example
35130    ((c++-mode     "// "   "\n")
35131     (c-mode       "/* "   " */\n")
35132     (f90-mode     "! "    "\n")
35133     (fortran-mode "C "    "\n")
35134     (html-helper-mode "<!-- " " -->\n")
35135     (html-mode    "<!-- " " -->\n")
35136     (nroff-mode   "\\\" " "\n")
35137     (pascal-mode  "@{ "    " @}\n")
35138     (sgml-mode    "<!-- " " -->\n")
35139     (xml-mode     "<!-- " " -->\n")
35140     (texinfo-mode "@@c "   "\n"))
35141 @end example
35142 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}
35143 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
35144 and @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}.
35145 @end defvar
35147 @node Reporting Bugs, Summary, Customizing Calc, Top
35148 @appendix Reporting Bugs
35150 @noindent
35151 If you find a bug in Calc, send e-mail to Jay Belanger,
35153 @example
35154 belanger@@truman.edu
35155 @end example
35157 @noindent
35158 There is an automatic command @kbd{M-x report-calc-bug} which helps
35159 you to report bugs.  This command prompts you for a brief subject
35160 line, then leaves you in a mail editing buffer.  Type @kbd{C-c C-c} to
35161 send your mail.  Make sure your subject line indicates that you are
35162 reporting a Calc bug; this command sends mail to the maintainer's
35163 regular mailbox.
35165 If you have suggestions for additional features for Calc, please send
35166 them.  Some have dared to suggest that Calc is already top-heavy with
35167 features; this obviously cannot be the case, so if you have ideas, send
35168 them right in.
35170 At the front of the source file, @file{calc.el}, is a list of ideas for
35171 future work.  If any enthusiastic souls wish to take it upon themselves
35172 to work on these, please send a message (using @kbd{M-x report-calc-bug})
35173 so any efforts can be coordinated.
35175 The latest version of Calc is available from Savannah, in the Emacs
35176 CVS tree.  See @uref{http://savannah.gnu.org/projects/emacs}.
35178 @c [summary]
35179 @node Summary, Key Index, Reporting Bugs, Top
35180 @appendix Calc Summary
35182 @noindent
35183 This section includes a complete list of Calc 2.1 keystroke commands.
35184 Each line lists the stack entries used by the command (top-of-stack
35185 last), the keystrokes themselves, the prompts asked by the command,
35186 and the result of the command (also with top-of-stack last).
35187 The result is expressed using the equivalent algebraic function.
35188 Commands which put no results on the stack show the full @kbd{M-x}
35189 command name in that position.  Numbers preceding the result or
35190 command name refer to notes at the end.
35192 Algebraic functions and @kbd{M-x} commands that don't have corresponding
35193 keystrokes are not listed in this summary.
35194 @xref{Command Index}.  @xref{Function Index}.
35196 @iftex
35197 @begingroup
35198 @tex
35199 \vskip-2\baselineskip \null
35200 \gdef\sumrow#1{\sumrowx#1\relax}%
35201 \gdef\sumrowx#1\:#2\:#3\:#4\:#5\:#6\relax{%
35202 \leavevmode%
35203 {\smallfonts
35204 \hbox to5em{\sl\hss#1}%
35205 \hbox to5em{\tt#2\hss}%
35206 \hbox to4em{\sl#3\hss}%
35207 \hbox to5em{\rm\hss#4}%
35208 \thinspace%
35209 {\tt#5}%
35210 {\sl#6}%
35212 \gdef\sumlpar{{\rm(}}%
35213 \gdef\sumrpar{{\rm)}}%
35214 \gdef\sumcomma{{\rm,\thinspace}}%
35215 \gdef\sumexcl{{\rm!}}%
35216 \gdef\sumbreak{\vskip-2.5\baselineskip\goodbreak}%
35217 \gdef\minus#1{{\tt-}}%
35218 @end tex
35219 @let@:=@sumsep
35220 @let@r=@sumrow
35221 @catcode`@(=@active @let(=@sumlpar
35222 @catcode`@)=@active @let)=@sumrpar
35223 @catcode`@,=@active @let,=@sumcomma
35224 @catcode`@!=@active @let!=@sumexcl
35225 @end iftex
35226 @format
35227 @iftex
35228 @advance@baselineskip-2.5pt
35229 @let@c@sumbreak
35230 @end iftex
35231 @r{       @:     C-x * a  @:             @:    33  @:calc-embedded-activate@:}
35232 @r{       @:     C-x * b  @:             @:        @:calc-big-or-small@:}
35233 @r{       @:     C-x * c  @:             @:        @:calc@:}
35234 @r{       @:     C-x * d  @:             @:        @:calc-embedded-duplicate@:}
35235 @r{       @:     C-x * e  @:             @:    34  @:calc-embedded@:}
35236 @r{       @:     C-x * f  @:formula      @:        @:calc-embedded-new-formula@:}
35237 @r{       @:     C-x * g  @:             @:    35  @:calc-grab-region@:}
35238 @r{       @:     C-x * i  @:             @:        @:calc-info@:}
35239 @r{       @:     C-x * j  @:             @:        @:calc-embedded-select@:}
35240 @r{       @:     C-x * k  @:             @:        @:calc-keypad@:}
35241 @r{       @:     C-x * l  @:             @:        @:calc-load-everything@:}
35242 @r{       @:     C-x * m  @:             @:        @:read-kbd-macro@:}
35243 @r{       @:     C-x * n  @:             @:     4  @:calc-embedded-next@:}
35244 @r{       @:     C-x * o  @:             @:        @:calc-other-window@:}
35245 @r{       @:     C-x * p  @:             @:     4  @:calc-embedded-previous@:}
35246 @r{       @:     C-x * q  @:formula      @:        @:quick-calc@:}
35247 @r{       @:     C-x * r  @:             @:    36  @:calc-grab-rectangle@:}
35248 @r{       @:     C-x * s  @:             @:        @:calc-info-summary@:}
35249 @r{       @:     C-x * t  @:             @:        @:calc-tutorial@:}
35250 @r{       @:     C-x * u  @:             @:        @:calc-embedded-update-formula@:}
35251 @r{       @:     C-x * w  @:             @:        @:calc-embedded-word@:}
35252 @r{       @:     C-x * x  @:             @:        @:calc-quit@:}
35253 @r{       @:     C-x * y  @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
35254 @r{       @:     C-x * z  @:             @:        @:calc-user-invocation@:}
35255 @r{       @:     C-x * :  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-down@:}
35256 @r{       @:     C-x * _  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-across@:}
35257 @r{       @:     C-x * `  @:editing      @:    30  @:calc-embedded-edit@:}
35258 @r{       @:     C-x * 0  @:(zero)       @:        @:calc-reset@:}
35261 @r{       @:      0-9   @:number       @:        @:@:number}
35262 @r{       @:      .     @:number       @:        @:@:0.number}
35263 @r{       @:      _     @:number       @:        @:-@:number}
35264 @r{       @:      e     @:number       @:        @:@:1e number}
35265 @r{       @:      #     @:number       @:        @:@:current-radix@tfn{#}number}
35266 @r{       @:      P     @:(in number)  @:        @:+/-@:}
35267 @r{       @:      M     @:(in number)  @:        @:mod@:}
35268 @r{       @:      @@ ' " @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35269 @r{       @:      h m s @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35272 @r{       @:      '     @:formula      @: 37,46  @:@:formula}
35273 @r{       @:      $     @:formula      @: 37,46  @:$@:formula}
35274 @r{       @:      "     @:string       @: 37,46  @:@:string}
35277 @r{    a b@:      +     @:             @:     2  @:add@:(a,b)  a+b}
35278 @r{    a b@:      -     @:             @:     2  @:sub@:(a,b)  a@minus{}b}
35279 @r{    a b@:      *     @:             @:     2  @:mul@:(a,b)  a b, a*b}
35280 @r{    a b@:      /     @:             @:     2  @:div@:(a,b)  a/b}
35281 @r{    a b@:      ^     @:             @:     2  @:pow@:(a,b)  a^b}
35282 @r{    a b@:    I ^     @:             @:     2  @:nroot@:(a,b)  a^(1/b)}
35283 @r{    a b@:      %     @:             @:     2  @:mod@:(a,b)  a%b}
35284 @r{    a b@:      \     @:             @:     2  @:idiv@:(a,b)  a\b}
35285 @r{    a b@:      :     @:             @:     2  @:fdiv@:(a,b)}
35286 @r{    a b@:      |     @:             @:     2  @:vconcat@:(a,b)  a|b}
35287 @r{    a b@:    I |     @:             @:        @:vconcat@:(b,a)  b|a}
35288 @r{    a b@:    H |     @:             @:     2  @:append@:(a,b)}
35289 @r{    a b@:  I H |     @:             @:        @:append@:(b,a)}
35290 @r{      a@:      &     @:             @:     1  @:inv@:(a)  1/a}
35291 @r{      a@:      !     @:             @:     1  @:fact@:(a)  a!}
35292 @r{      a@:      =     @:             @:     1  @:evalv@:(a)}
35293 @r{      a@:      M-%   @:             @:        @:percent@:(a)  a%}
35296 @r{  ... a@:      @key{RET}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35297 @r{  ... a@:      @key{SPC}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35298 @r{... a b@:      @key{TAB}   @:             @:     3  @:@:... b a}
35299 @r{. a b c@:      M-@key{TAB} @:             @:     3  @:@:... b c a}
35300 @r{... a b@:      @key{LFD}   @:             @:     1  @:@:... a b a}
35301 @r{  ... a@:      @key{DEL}   @:             @:     1  @:@:...}
35302 @r{... a b@:      M-@key{DEL} @:             @:     1  @:@:... b}
35303 @r{       @:      M-@key{RET} @:             @:     4  @:calc-last-args@:}
35304 @r{      a@:      `     @:editing      @:  1,30  @:calc-edit@:}
35307 @r{  ... a@:      C-d   @:             @:     1  @:@:...}
35308 @r{       @:      C-k   @:             @:    27  @:calc-kill@:}
35309 @r{       @:      C-w   @:             @:    27  @:calc-kill-region@:}
35310 @r{       @:      C-y   @:             @:        @:calc-yank@:}
35311 @r{       @:      C-_   @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35312 @r{       @:      M-k   @:             @:    27  @:calc-copy-as-kill@:}
35313 @r{       @:      M-w   @:             @:    27  @:calc-copy-region-as-kill@:}
35316 @r{       @:      [     @:             @:        @:@:[...}
35317 @r{[.. a b@:      ]     @:             @:        @:@:[a,b]}
35318 @r{       @:      (     @:             @:        @:@:(...}
35319 @r{(.. a b@:      )     @:             @:        @:@:(a,b)}
35320 @r{       @:      ,     @:             @:        @:@:vector or rect complex}
35321 @r{       @:      ;     @:             @:        @:@:matrix or polar complex}
35322 @r{       @:      ..    @:             @:        @:@:interval}
35325 @r{       @:      ~     @:             @:        @:calc-num-prefix@:}
35326 @r{       @:      <     @:             @:     4  @:calc-scroll-left@:}
35327 @r{       @:      >     @:             @:     4  @:calc-scroll-right@:}
35328 @r{       @:      @{     @:             @:     4  @:calc-scroll-down@:}
35329 @r{       @:      @}     @:             @:     4  @:calc-scroll-up@:}
35330 @r{       @:      ?     @:             @:        @:calc-help@:}
35333 @r{      a@:      n     @:             @:     1  @:neg@:(a)  @minus{}a}
35334 @r{       @:      o     @:             @:     4  @:calc-realign@:}
35335 @r{       @:      p     @:precision    @:    31  @:calc-precision@:}
35336 @r{       @:      q     @:             @:        @:calc-quit@:}
35337 @r{       @:      w     @:             @:        @:calc-why@:}
35338 @r{       @:      x     @:command      @:        @:M-x calc-@:command}
35339 @r{      a@:      y     @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
35342 @r{      a@:      A     @:             @:     1  @:abs@:(a)}
35343 @r{    a b@:      B     @:             @:     2  @:log@:(a,b)}
35344 @r{    a b@:    I B     @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35345 @r{      a@:      C     @:             @:     1  @:cos@:(a)}
35346 @r{      a@:    I C     @:             @:     1  @:arccos@:(a)}
35347 @r{      a@:    H C     @:             @:     1  @:cosh@:(a)}
35348 @r{      a@:  I H C     @:             @:     1  @:arccosh@:(a)}
35349 @r{       @:      D     @:             @:     4  @:calc-redo@:}
35350 @r{      a@:      E     @:             @:     1  @:exp@:(a)}
35351 @r{      a@:    H E     @:             @:     1  @:exp10@:(a)  10.^a}
35352 @r{      a@:      F     @:             @:  1,11  @:floor@:(a,d)}
35353 @r{      a@:    I F     @:             @:  1,11  @:ceil@:(a,d)}
35354 @r{      a@:    H F     @:             @:  1,11  @:ffloor@:(a,d)}
35355 @r{      a@:  I H F     @:             @:  1,11  @:fceil@:(a,d)}
35356 @r{      a@:      G     @:             @:     1  @:arg@:(a)}
35357 @r{       @:      H     @:command      @:    32  @:@:Hyperbolic}
35358 @r{       @:      I     @:command      @:    32  @:@:Inverse}
35359 @r{      a@:      J     @:             @:     1  @:conj@:(a)}
35360 @r{       @:      K     @:command      @:    32  @:@:Keep-args}
35361 @r{      a@:      L     @:             @:     1  @:ln@:(a)}
35362 @r{      a@:    H L     @:             @:     1  @:log10@:(a)}
35363 @r{       @:      M     @:             @:        @:calc-more-recursion-depth@:}
35364 @r{       @:    I M     @:             @:        @:calc-less-recursion-depth@:}
35365 @r{      a@:      N     @:             @:     5  @:evalvn@:(a)}
35366 @r{       @:      P     @:             @:        @:@:pi}
35367 @r{       @:    I P     @:             @:        @:@:gamma}
35368 @r{       @:    H P     @:             @:        @:@:e}
35369 @r{       @:  I H P     @:             @:        @:@:phi}
35370 @r{      a@:      Q     @:             @:     1  @:sqrt@:(a)}
35371 @r{      a@:    I Q     @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35372 @r{      a@:      R     @:             @:  1,11  @:round@:(a,d)}
35373 @r{      a@:    I R     @:             @:  1,11  @:trunc@:(a,d)}
35374 @r{      a@:    H R     @:             @:  1,11  @:fround@:(a,d)}
35375 @r{      a@:  I H R     @:             @:  1,11  @:ftrunc@:(a,d)}
35376 @r{      a@:      S     @:             @:     1  @:sin@:(a)}
35377 @r{      a@:    I S     @:             @:     1  @:arcsin@:(a)}
35378 @r{      a@:    H S     @:             @:     1  @:sinh@:(a)}
35379 @r{      a@:  I H S     @:             @:     1  @:arcsinh@:(a)}
35380 @r{      a@:      T     @:             @:     1  @:tan@:(a)}
35381 @r{      a@:    I T     @:             @:     1  @:arctan@:(a)}
35382 @r{      a@:    H T     @:             @:     1  @:tanh@:(a)}
35383 @r{      a@:  I H T     @:             @:     1  @:arctanh@:(a)}
35384 @r{       @:      U     @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35385 @r{       @:      X     @:             @:     4  @:calc-call-last-kbd-macro@:}
35388 @r{    a b@:      a =   @:             @:     2  @:eq@:(a,b)  a=b}
35389 @r{    a b@:      a #   @:             @:     2  @:neq@:(a,b)  a!=b}
35390 @r{    a b@:      a <   @:             @:     2  @:lt@:(a,b)  a<b}
35391 @r{    a b@:      a >   @:             @:     2  @:gt@:(a,b)  a>b}
35392 @r{    a b@:      a [   @:             @:     2  @:leq@:(a,b)  a<=b}
35393 @r{    a b@:      a ]   @:             @:     2  @:geq@:(a,b)  a>=b}
35394 @r{    a b@:      a @{   @:             @:     2  @:in@:(a,b)}
35395 @r{    a b@:      a &   @:             @:  2,45  @:land@:(a,b)  a&&b}
35396 @r{    a b@:      a |   @:             @:  2,45  @:lor@:(a,b)  a||b}
35397 @r{      a@:      a !   @:             @:  1,45  @:lnot@:(a)  !a}
35398 @r{  a b c@:      a :   @:             @:    45  @:if@:(a,b,c)  a?b:c}
35399 @r{      a@:      a .   @:             @:     1  @:rmeq@:(a)}
35400 @r{      a@:      a "   @:             @:   7,8  @:calc-expand-formula@:}
35403 @r{      a@:      a +   @:i, l, h      @:  6,38  @:sum@:(a,i,l,h)}
35404 @r{      a@:      a -   @:i, l, h      @:  6,38  @:asum@:(a,i,l,h)}
35405 @r{      a@:      a *   @:i, l, h      @:  6,38  @:prod@:(a,i,l,h)}
35406 @r{    a b@:      a _   @:             @:     2  @:subscr@:(a,b)  a_b}
35409 @r{    a b@:      a \   @:             @:     2  @:pdiv@:(a,b)}
35410 @r{    a b@:      a %   @:             @:     2  @:prem@:(a,b)}
35411 @r{    a b@:      a /   @:             @:     2  @:pdivrem@:(a,b)  [q,r]}
35412 @r{    a b@:    H a /   @:             @:     2  @:pdivide@:(a,b)  q+r/b}
35415 @r{      a@:      a a   @:             @:     1  @:apart@:(a)}
35416 @r{      a@:      a b   @:old, new     @:    38  @:subst@:(a,old,new)}
35417 @r{      a@:      a c   @:v            @:    38  @:collect@:(a,v)}
35418 @r{      a@:      a d   @:v            @:  4,38  @:deriv@:(a,v)}
35419 @r{      a@:    H a d   @:v            @:  4,38  @:tderiv@:(a,v)}
35420 @r{      a@:      a e   @:             @:        @:esimplify@:(a)}
35421 @r{      a@:      a f   @:             @:     1  @:factor@:(a)}
35422 @r{      a@:    H a f   @:             @:     1  @:factors@:(a)}
35423 @r{    a b@:      a g   @:             @:     2  @:pgcd@:(a,b)}
35424 @r{      a@:      a i   @:v            @:    38  @:integ@:(a,v)}
35425 @r{      a@:      a m   @:pats         @:    38  @:match@:(a,pats)}
35426 @r{      a@:    I a m   @:pats         @:    38  @:matchnot@:(a,pats)}
35427 @r{ data x@:      a p   @:             @:    28  @:polint@:(data,x)}
35428 @r{ data x@:    H a p   @:             @:    28  @:ratint@:(data,x)}
35429 @r{      a@:      a n   @:             @:     1  @:nrat@:(a)}
35430 @r{      a@:      a r   @:rules        @:4,8,38  @:rewrite@:(a,rules,n)}
35431 @r{      a@:      a s   @:             @:        @:simplify@:(a)}
35432 @r{      a@:      a t   @:v, n         @: 31,39  @:taylor@:(a,v,n)}
35433 @r{      a@:      a v   @:             @:   7,8  @:calc-alg-evaluate@:}
35434 @r{      a@:      a x   @:             @:   4,8  @:expand@:(a)}
35437 @r{   data@:      a F   @:model, vars  @:    48  @:fit@:(m,iv,pv,data)}
35438 @r{   data@:    I a F   @:model, vars  @:    48  @:xfit@:(m,iv,pv,data)}
35439 @r{   data@:    H a F   @:model, vars  @:    48  @:efit@:(m,iv,pv,data)}
35440 @r{      a@:      a I   @:v, l, h      @:    38  @:ninteg@:(a,v,l,h)}
35441 @r{    a b@:      a M   @:op           @:    22  @:mapeq@:(op,a,b)}
35442 @r{    a b@:    I a M   @:op           @:    22  @:mapeqr@:(op,a,b)}
35443 @r{    a b@:    H a M   @:op           @:    22  @:mapeqp@:(op,a,b)}
35444 @r{    a g@:      a N   @:v            @:    38  @:minimize@:(a,v,g)}
35445 @r{    a g@:    H a N   @:v            @:    38  @:wminimize@:(a,v,g)}
35446 @r{      a@:      a P   @:v            @:    38  @:roots@:(a,v)}
35447 @r{    a g@:      a R   @:v            @:    38  @:root@:(a,v,g)}
35448 @r{    a g@:    H a R   @:v            @:    38  @:wroot@:(a,v,g)}
35449 @r{      a@:      a S   @:v            @:    38  @:solve@:(a,v)}
35450 @r{      a@:    I a S   @:v            @:    38  @:finv@:(a,v)}
35451 @r{      a@:    H a S   @:v            @:    38  @:fsolve@:(a,v)}
35452 @r{      a@:  I H a S   @:v            @:    38  @:ffinv@:(a,v)}
35453 @r{      a@:      a T   @:i, l, h      @:  6,38  @:table@:(a,i,l,h)}
35454 @r{    a g@:      a X   @:v            @:    38  @:maximize@:(a,v,g)}
35455 @r{    a g@:    H a X   @:v            @:    38  @:wmaximize@:(a,v,g)}
35458 @r{    a b@:      b a   @:             @:     9  @:and@:(a,b,w)}
35459 @r{      a@:      b c   @:             @:     9  @:clip@:(a,w)}
35460 @r{    a b@:      b d   @:             @:     9  @:diff@:(a,b,w)}
35461 @r{      a@:      b l   @:             @:    10  @:lsh@:(a,n,w)}
35462 @r{    a n@:    H b l   @:             @:     9  @:lsh@:(a,n,w)}
35463 @r{      a@:      b n   @:             @:     9  @:not@:(a,w)}
35464 @r{    a b@:      b o   @:             @:     9  @:or@:(a,b,w)}
35465 @r{      v@:      b p   @:             @:     1  @:vpack@:(v)}
35466 @r{      a@:      b r   @:             @:    10  @:rsh@:(a,n,w)}
35467 @r{    a n@:    H b r   @:             @:     9  @:rsh@:(a,n,w)}
35468 @r{      a@:      b t   @:             @:    10  @:rot@:(a,n,w)}
35469 @r{    a n@:    H b t   @:             @:     9  @:rot@:(a,n,w)}
35470 @r{      a@:      b u   @:             @:     1  @:vunpack@:(a)}
35471 @r{       @:      b w   @:w            @:  9,50  @:calc-word-size@:}
35472 @r{    a b@:      b x   @:             @:     9  @:xor@:(a,b,w)}
35475 @r{c s l p@:      b D   @:             @:        @:ddb@:(c,s,l,p)}
35476 @r{  r n p@:      b F   @:             @:        @:fv@:(r,n,p)}
35477 @r{  r n p@:    I b F   @:             @:        @:fvb@:(r,n,p)}
35478 @r{  r n p@:    H b F   @:             @:        @:fvl@:(r,n,p)}
35479 @r{      v@:      b I   @:             @:    19  @:irr@:(v)}
35480 @r{      v@:    I b I   @:             @:    19  @:irrb@:(v)}
35481 @r{      a@:      b L   @:             @:    10  @:ash@:(a,n,w)}
35482 @r{    a n@:    H b L   @:             @:     9  @:ash@:(a,n,w)}
35483 @r{  r n a@:      b M   @:             @:        @:pmt@:(r,n,a)}
35484 @r{  r n a@:    I b M   @:             @:        @:pmtb@:(r,n,a)}
35485 @r{  r n a@:    H b M   @:             @:        @:pmtl@:(r,n,a)}
35486 @r{    r v@:      b N   @:             @:    19  @:npv@:(r,v)}
35487 @r{    r v@:    I b N   @:             @:    19  @:npvb@:(r,v)}
35488 @r{  r n p@:      b P   @:             @:        @:pv@:(r,n,p)}
35489 @r{  r n p@:    I b P   @:             @:        @:pvb@:(r,n,p)}
35490 @r{  r n p@:    H b P   @:             @:        @:pvl@:(r,n,p)}
35491 @r{      a@:      b R   @:             @:    10  @:rash@:(a,n,w)}
35492 @r{    a n@:    H b R   @:             @:     9  @:rash@:(a,n,w)}
35493 @r{  c s l@:      b S   @:             @:        @:sln@:(c,s,l)}
35494 @r{  n p a@:      b T   @:             @:        @:rate@:(n,p,a)}
35495 @r{  n p a@:    I b T   @:             @:        @:rateb@:(n,p,a)}
35496 @r{  n p a@:    H b T   @:             @:        @:ratel@:(n,p,a)}
35497 @r{c s l p@:      b Y   @:             @:        @:syd@:(c,s,l,p)}
35499 @r{  r p a@:      b #   @:             @:        @:nper@:(r,p,a)}
35500 @r{  r p a@:    I b #   @:             @:        @:nperb@:(r,p,a)}
35501 @r{  r p a@:    H b #   @:             @:        @:nperl@:(r,p,a)}
35502 @r{    a b@:      b %   @:             @:        @:relch@:(a,b)}
35505 @r{      a@:      c c   @:             @:     5  @:pclean@:(a,p)}
35506 @r{      a@:      c 0-9 @:             @:        @:pclean@:(a,p)}
35507 @r{      a@:    H c c   @:             @:     5  @:clean@:(a,p)}
35508 @r{      a@:    H c 0-9 @:             @:        @:clean@:(a,p)}
35509 @r{      a@:      c d   @:             @:     1  @:deg@:(a)}
35510 @r{      a@:      c f   @:             @:     1  @:pfloat@:(a)}
35511 @r{      a@:    H c f   @:             @:     1  @:float@:(a)}
35512 @r{      a@:      c h   @:             @:     1  @:hms@:(a)}
35513 @r{      a@:      c p   @:             @:        @:polar@:(a)}
35514 @r{      a@:    I c p   @:             @:        @:rect@:(a)}
35515 @r{      a@:      c r   @:             @:     1  @:rad@:(a)}
35518 @r{      a@:      c F   @:             @:     5  @:pfrac@:(a,p)}
35519 @r{      a@:    H c F   @:             @:     5  @:frac@:(a,p)}
35522 @r{      a@:      c %   @:             @:        @:percent@:(a*100)}
35525 @r{       @:      d .   @:char         @:    50  @:calc-point-char@:}
35526 @r{       @:      d ,   @:char         @:    50  @:calc-group-char@:}
35527 @r{       @:      d <   @:             @: 13,50  @:calc-left-justify@:}
35528 @r{       @:      d =   @:             @: 13,50  @:calc-center-justify@:}
35529 @r{       @:      d >   @:             @: 13,50  @:calc-right-justify@:}
35530 @r{       @:      d @{   @:label        @:    50  @:calc-left-label@:}
35531 @r{       @:      d @}   @:label        @:    50  @:calc-right-label@:}
35532 @r{       @:      d [   @:             @:     4  @:calc-truncate-up@:}
35533 @r{       @:      d ]   @:             @:     4  @:calc-truncate-down@:}
35534 @r{       @:      d "   @:             @: 12,50  @:calc-display-strings@:}
35535 @r{       @:      d @key{SPC} @:             @:        @:calc-refresh@:}
35536 @r{       @:      d @key{RET} @:             @:     1  @:calc-refresh-top@:}
35539 @r{       @:      d 0   @:             @:    50  @:calc-decimal-radix@:}
35540 @r{       @:      d 2   @:             @:    50  @:calc-binary-radix@:}
35541 @r{       @:      d 6   @:             @:    50  @:calc-hex-radix@:}
35542 @r{       @:      d 8   @:             @:    50  @:calc-octal-radix@:}
35545 @r{       @:      d b   @:           @:12,13,50  @:calc-line-breaking@:}
35546 @r{       @:      d c   @:             @:    50  @:calc-complex-notation@:}
35547 @r{       @:      d d   @:format       @:    50  @:calc-date-notation@:}
35548 @r{       @:      d e   @:             @:  5,50  @:calc-eng-notation@:}
35549 @r{       @:      d f   @:num          @: 31,50  @:calc-fix-notation@:}
35550 @r{       @:      d g   @:           @:12,13,50  @:calc-group-digits@:}
35551 @r{       @:      d h   @:format       @:    50  @:calc-hms-notation@:}
35552 @r{       @:      d i   @:             @:    50  @:calc-i-notation@:}
35553 @r{       @:      d j   @:             @:    50  @:calc-j-notation@:}
35554 @r{       @:      d l   @:             @: 12,50  @:calc-line-numbering@:}
35555 @r{       @:      d n   @:             @:  5,50  @:calc-normal-notation@:}
35556 @r{       @:      d o   @:format       @:    50  @:calc-over-notation@:}
35557 @r{       @:      d p   @:             @: 12,50  @:calc-show-plain@:}
35558 @r{       @:      d r   @:radix        @: 31,50  @:calc-radix@:}
35559 @r{       @:      d s   @:             @:  5,50  @:calc-sci-notation@:}
35560 @r{       @:      d t   @:             @:    27  @:calc-truncate-stack@:}
35561 @r{       @:      d w   @:             @: 12,13  @:calc-auto-why@:}
35562 @r{       @:      d z   @:             @: 12,50  @:calc-leading-zeros@:}
35565 @r{       @:      d B   @:             @:    50  @:calc-big-language@:}
35566 @r{       @:      d C   @:             @:    50  @:calc-c-language@:}
35567 @r{       @:      d E   @:             @:    50  @:calc-eqn-language@:}
35568 @r{       @:      d F   @:             @:    50  @:calc-fortran-language@:}
35569 @r{       @:      d M   @:             @:    50  @:calc-mathematica-language@:}
35570 @r{       @:      d N   @:             @:    50  @:calc-normal-language@:}
35571 @r{       @:      d O   @:             @:    50  @:calc-flat-language@:}
35572 @r{       @:      d P   @:             @:    50  @:calc-pascal-language@:}
35573 @r{       @:      d T   @:             @:    50  @:calc-tex-language@:}
35574 @r{       @:      d L   @:             @:    50  @:calc-latex-language@:}
35575 @r{       @:      d U   @:             @:    50  @:calc-unformatted-language@:}
35576 @r{       @:      d W   @:             @:    50  @:calc-maple-language@:}
35579 @r{      a@:      f [   @:             @:     4  @:decr@:(a,n)}
35580 @r{      a@:      f ]   @:             @:     4  @:incr@:(a,n)}
35583 @r{    a b@:      f b   @:             @:     2  @:beta@:(a,b)}
35584 @r{      a@:      f e   @:             @:     1  @:erf@:(a)}
35585 @r{      a@:    I f e   @:             @:     1  @:erfc@:(a)}
35586 @r{      a@:      f g   @:             @:     1  @:gamma@:(a)}
35587 @r{    a b@:      f h   @:             @:     2  @:hypot@:(a,b)}
35588 @r{      a@:      f i   @:             @:     1  @:im@:(a)}
35589 @r{    n a@:      f j   @:             @:     2  @:besJ@:(n,a)}
35590 @r{    a b@:      f n   @:             @:     2  @:min@:(a,b)}
35591 @r{      a@:      f r   @:             @:     1  @:re@:(a)}
35592 @r{      a@:      f s   @:             @:     1  @:sign@:(a)}
35593 @r{    a b@:      f x   @:             @:     2  @:max@:(a,b)}
35594 @r{    n a@:      f y   @:             @:     2  @:besY@:(n,a)}
35597 @r{      a@:      f A   @:             @:     1  @:abssqr@:(a)}
35598 @r{  x a b@:      f B   @:             @:        @:betaI@:(x,a,b)}
35599 @r{  x a b@:    H f B   @:             @:        @:betaB@:(x,a,b)}
35600 @r{      a@:      f E   @:             @:     1  @:expm1@:(a)}
35601 @r{    a x@:      f G   @:             @:     2  @:gammaP@:(a,x)}
35602 @r{    a x@:    I f G   @:             @:     2  @:gammaQ@:(a,x)}
35603 @r{    a x@:    H f G   @:             @:     2  @:gammag@:(a,x)}
35604 @r{    a x@:  I H f G   @:             @:     2  @:gammaG@:(a,x)}
35605 @r{    a b@:      f I   @:             @:     2  @:ilog@:(a,b)}
35606 @r{    a b@:    I f I   @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35607 @r{      a@:      f L   @:             @:     1  @:lnp1@:(a)}
35608 @r{      a@:      f M   @:             @:     1  @:mant@:(a)}
35609 @r{      a@:      f Q   @:             @:     1  @:isqrt@:(a)}
35610 @r{      a@:    I f Q   @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35611 @r{    a n@:      f S   @:             @:     2  @:scf@:(a,n)}
35612 @r{    y x@:      f T   @:             @:        @:arctan2@:(y,x)}
35613 @r{      a@:      f X   @:             @:     1  @:xpon@:(a)}
35616 @r{    x y@:      g a   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add@:}
35617 @r{       @:      g b   @:             @:    12  @:calc-graph-border@:}
35618 @r{       @:      g c   @:             @:        @:calc-graph-clear@:}
35619 @r{       @:      g d   @:             @:    41  @:calc-graph-delete@:}
35620 @r{    x y@:      g f   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast@:}
35621 @r{       @:      g g   @:             @:    12  @:calc-graph-grid@:}
35622 @r{       @:      g h   @:title        @:        @:calc-graph-header@:}
35623 @r{       @:      g j   @:             @:     4  @:calc-graph-juggle@:}
35624 @r{       @:      g k   @:             @:    12  @:calc-graph-key@:}
35625 @r{       @:      g l   @:             @:    12  @:calc-graph-log-x@:}
35626 @r{       @:      g n   @:name         @:        @:calc-graph-name@:}
35627 @r{       @:      g p   @:             @:    42  @:calc-graph-plot@:}
35628 @r{       @:      g q   @:             @:        @:calc-graph-quit@:}
35629 @r{       @:      g r   @:range        @:        @:calc-graph-range-x@:}
35630 @r{       @:      g s   @:             @: 12,13  @:calc-graph-line-style@:}
35631 @r{       @:      g t   @:title        @:        @:calc-graph-title-x@:}
35632 @r{       @:      g v   @:             @:        @:calc-graph-view-commands@:}
35633 @r{       @:      g x   @:display      @:        @:calc-graph-display@:}
35634 @r{       @:      g z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-x@:}
35637 @r{  x y z@:      g A   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add-3d@:}
35638 @r{       @:      g C   @:command      @:        @:calc-graph-command@:}
35639 @r{       @:      g D   @:device       @: 43,44  @:calc-graph-device@:}
35640 @r{  x y z@:      g F   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast-3d@:}
35641 @r{       @:      g H   @:             @:    12  @:calc-graph-hide@:}
35642 @r{       @:      g K   @:             @:        @:calc-graph-kill@:}
35643 @r{       @:      g L   @:             @:    12  @:calc-graph-log-y@:}
35644 @r{       @:      g N   @:number       @: 43,51  @:calc-graph-num-points@:}
35645 @r{       @:      g O   @:filename     @: 43,44  @:calc-graph-output@:}
35646 @r{       @:      g P   @:             @:    42  @:calc-graph-print@:}
35647 @r{       @:      g R   @:range        @:        @:calc-graph-range-y@:}
35648 @r{       @:      g S   @:             @: 12,13  @:calc-graph-point-style@:}
35649 @r{       @:      g T   @:title        @:        @:calc-graph-title-y@:}
35650 @r{       @:      g V   @:             @:        @:calc-graph-view-trail@:}
35651 @r{       @:      g X   @:format       @:        @:calc-graph-geometry@:}
35652 @r{       @:      g Z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-y@:}
35655 @r{       @:      g C-l @:             @:    12  @:calc-graph-log-z@:}
35656 @r{       @:      g C-r @:range        @:        @:calc-graph-range-z@:}
35657 @r{       @:      g C-t @:title        @:        @:calc-graph-title-z@:}
35660 @r{       @:      h b   @:             @:        @:calc-describe-bindings@:}
35661 @r{       @:      h c   @:key          @:        @:calc-describe-key-briefly@:}
35662 @r{       @:      h f   @:function     @:        @:calc-describe-function@:}
35663 @r{       @:      h h   @:             @:        @:calc-full-help@:}
35664 @r{       @:      h i   @:             @:        @:calc-info@:}
35665 @r{       @:      h k   @:key          @:        @:calc-describe-key@:}
35666 @r{       @:      h n   @:             @:        @:calc-view-news@:}
35667 @r{       @:      h s   @:             @:        @:calc-info-summary@:}
35668 @r{       @:      h t   @:             @:        @:calc-tutorial@:}
35669 @r{       @:      h v   @:var          @:        @:calc-describe-variable@:}
35672 @r{       @:      j 1-9 @:             @:        @:calc-select-part@:}
35673 @r{       @:      j @key{RET} @:             @:    27  @:calc-copy-selection@:}
35674 @r{       @:      j @key{DEL} @:             @:    27  @:calc-del-selection@:}
35675 @r{       @:      j '   @:formula      @:    27  @:calc-enter-selection@:}
35676 @r{       @:      j `   @:editing      @: 27,30  @:calc-edit-selection@:}
35677 @r{       @:      j "   @:             @:  7,27  @:calc-sel-expand-formula@:}
35680 @r{       @:      j +   @:formula      @:    27  @:calc-sel-add-both-sides@:}
35681 @r{       @:      j -   @:formula      @:    27  @:calc-sel-sub-both-sides@:}
35682 @r{       @:      j *   @:formula      @:    27  @:calc-sel-mul-both-sides@:}
35683 @r{       @:      j /   @:formula      @:    27  @:calc-sel-div-both-sides@:}
35684 @r{       @:      j &   @:             @:    27  @:calc-sel-invert@:}
35687 @r{       @:      j a   @:             @:    27  @:calc-select-additional@:}
35688 @r{       @:      j b   @:             @:    12  @:calc-break-selections@:}
35689 @r{       @:      j c   @:             @:        @:calc-clear-selections@:}
35690 @r{       @:      j d   @:             @: 12,50  @:calc-show-selections@:}
35691 @r{       @:      j e   @:             @:    12  @:calc-enable-selections@:}
35692 @r{       @:      j l   @:             @:  4,27  @:calc-select-less@:}
35693 @r{       @:      j m   @:             @:  4,27  @:calc-select-more@:}
35694 @r{       @:      j n   @:             @:     4  @:calc-select-next@:}
35695 @r{       @:      j o   @:             @:  4,27  @:calc-select-once@:}
35696 @r{       @:      j p   @:             @:     4  @:calc-select-previous@:}
35697 @r{       @:      j r   @:rules        @:4,8,27  @:calc-rewrite-selection@:}
35698 @r{       @:      j s   @:             @:  4,27  @:calc-select-here@:}
35699 @r{       @:      j u   @:             @:    27  @:calc-unselect@:}
35700 @r{       @:      j v   @:             @:  7,27  @:calc-sel-evaluate@:}
35703 @r{       @:      j C   @:             @:    27  @:calc-sel-commute@:}
35704 @r{       @:      j D   @:             @:  4,27  @:calc-sel-distribute@:}
35705 @r{       @:      j E   @:             @:    27  @:calc-sel-jump-equals@:}
35706 @r{       @:      j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@:}
35707 @r{       @:    H j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@: (full)}
35708 @r{       @:      j L   @:             @:  4,27  @:calc-commute-left@:}
35709 @r{       @:      j M   @:             @:    27  @:calc-sel-merge@:}
35710 @r{       @:      j N   @:             @:    27  @:calc-sel-negate@:}
35711 @r{       @:      j O   @:             @:  4,27  @:calc-select-once-maybe@:}
35712 @r{       @:      j R   @:             @:  4,27  @:calc-commute-right@:}
35713 @r{       @:      j S   @:             @:  4,27  @:calc-select-here-maybe@:}
35714 @r{       @:      j U   @:             @:    27  @:calc-sel-unpack@:}
35717 @r{       @:      k a   @:             @:        @:calc-random-again@:}
35718 @r{      n@:      k b   @:             @:     1  @:bern@:(n)}
35719 @r{    n x@:    H k b   @:             @:     2  @:bern@:(n,x)}
35720 @r{    n m@:      k c   @:             @:     2  @:choose@:(n,m)}
35721 @r{    n m@:    H k c   @:             @:     2  @:perm@:(n,m)}
35722 @r{      n@:      k d   @:             @:     1  @:dfact@:(n)  n!!}
35723 @r{      n@:      k e   @:             @:     1  @:euler@:(n)}
35724 @r{    n x@:    H k e   @:             @:     2  @:euler@:(n,x)}
35725 @r{      n@:      k f   @:             @:     4  @:prfac@:(n)}
35726 @r{    n m@:      k g   @:             @:     2  @:gcd@:(n,m)}
35727 @r{    m n@:      k h   @:             @:    14  @:shuffle@:(n,m)}
35728 @r{    n m@:      k l   @:             @:     2  @:lcm@:(n,m)}
35729 @r{      n@:      k m   @:             @:     1  @:moebius@:(n)}
35730 @r{      n@:      k n   @:             @:     4  @:nextprime@:(n)}
35731 @r{      n@:    I k n   @:             @:     4  @:prevprime@:(n)}
35732 @r{      n@:      k p   @:             @:  4,28  @:calc-prime-test@:}
35733 @r{      m@:      k r   @:             @:    14  @:random@:(m)}
35734 @r{    n m@:      k s   @:             @:     2  @:stir1@:(n,m)}
35735 @r{    n m@:    H k s   @:             @:     2  @:stir2@:(n,m)}
35736 @r{      n@:      k t   @:             @:     1  @:totient@:(n)}
35739 @r{  n p x@:      k B   @:             @:        @:utpb@:(x,n,p)}
35740 @r{  n p x@:    I k B   @:             @:        @:ltpb@:(x,n,p)}
35741 @r{    v x@:      k C   @:             @:        @:utpc@:(x,v)}
35742 @r{    v x@:    I k C   @:             @:        @:ltpc@:(x,v)}
35743 @r{    n m@:      k E   @:             @:        @:egcd@:(n,m)}
35744 @r{v1 v2 x@:      k F   @:             @:        @:utpf@:(x,v1,v2)}
35745 @r{v1 v2 x@:    I k F   @:             @:        @:ltpf@:(x,v1,v2)}
35746 @r{  m s x@:      k N   @:             @:        @:utpn@:(x,m,s)}
35747 @r{  m s x@:    I k N   @:             @:        @:ltpn@:(x,m,s)}
35748 @r{    m x@:      k P   @:             @:        @:utpp@:(x,m)}
35749 @r{    m x@:    I k P   @:             @:        @:ltpp@:(x,m)}
35750 @r{    v x@:      k T   @:             @:        @:utpt@:(x,v)}
35751 @r{    v x@:    I k T   @:             @:        @:ltpt@:(x,v)}
35754 @r{       @:      m a   @:             @: 12,13  @:calc-algebraic-mode@:}
35755 @r{       @:      m d   @:             @:        @:calc-degrees-mode@:}
35756 @r{       @:      m e   @:             @:        @:calc-embedded-preserve-modes@:}
35757 @r{       @:      m f   @:             @:    12  @:calc-frac-mode@:}
35758 @r{       @:      m g   @:             @:    52  @:calc-get-modes@:}
35759 @r{       @:      m h   @:             @:        @:calc-hms-mode@:}
35760 @r{       @:      m i   @:             @: 12,13  @:calc-infinite-mode@:}
35761 @r{       @:      m m   @:             @:        @:calc-save-modes@:}
35762 @r{       @:      m p   @:             @:    12  @:calc-polar-mode@:}
35763 @r{       @:      m r   @:             @:        @:calc-radians-mode@:}
35764 @r{       @:      m s   @:             @:    12  @:calc-symbolic-mode@:}
35765 @r{       @:      m t   @:             @:    12  @:calc-total-algebraic-mode@:}
35766 @r{       @:      m v   @:             @: 12,13  @:calc-matrix-mode@:}
35767 @r{       @:      m w   @:             @:    13  @:calc-working@:}
35768 @r{       @:      m x   @:             @:        @:calc-always-load-extensions@:}
35771 @r{       @:      m A   @:             @:    12  @:calc-alg-simplify-mode@:}
35772 @r{       @:      m B   @:             @:    12  @:calc-bin-simplify-mode@:}
35773 @r{       @:      m C   @:             @:    12  @:calc-auto-recompute@:}
35774 @r{       @:      m D   @:             @:        @:calc-default-simplify-mode@:}
35775 @r{       @:      m E   @:             @:    12  @:calc-ext-simplify-mode@:}
35776 @r{       @:      m F   @:filename     @:    13  @:calc-settings-file-name@:}
35777 @r{       @:      m N   @:             @:    12  @:calc-num-simplify-mode@:}
35778 @r{       @:      m O   @:             @:    12  @:calc-no-simplify-mode@:}
35779 @r{       @:      m R   @:             @: 12,13  @:calc-mode-record-mode@:}
35780 @r{       @:      m S   @:             @:    12  @:calc-shift-prefix@:}
35781 @r{       @:      m U   @:             @:    12  @:calc-units-simplify-mode@:}
35784 @r{       @:      s c   @:var1, var2   @:    29  @:calc-copy-variable@:}
35785 @r{       @:      s d   @:var, decl    @:        @:calc-declare-variable@:}
35786 @r{       @:      s e   @:var, editing @: 29,30  @:calc-edit-variable@:}
35787 @r{       @:      s i   @:buffer       @:        @:calc-insert-variables@:}
35788 @r{       @:      s k   @:const, var   @:    29  @:calc-copy-special-constant@:}
35789 @r{    a b@:      s l   @:var          @:    29  @:@:a  (letting var=b)}
35790 @r{  a ...@:      s m   @:op, var      @: 22,29  @:calc-store-map@:}
35791 @r{       @:      s n   @:var          @: 29,47  @:calc-store-neg@:  (v/-1)}
35792 @r{       @:      s p   @:var          @:    29  @:calc-permanent-variable@:}
35793 @r{       @:      s r   @:var          @:    29  @:@:v  (recalled value)}
35794 @r{       @:      r 0-9 @:             @:        @:calc-recall-quick@:}
35795 @r{      a@:      s s   @:var          @: 28,29  @:calc-store@:}
35796 @r{      a@:      s 0-9 @:             @:        @:calc-store-quick@:}
35797 @r{      a@:      s t   @:var          @:    29  @:calc-store-into@:}
35798 @r{      a@:      t 0-9 @:             @:        @:calc-store-into-quick@:}
35799 @r{       @:      s u   @:var          @:    29  @:calc-unstore@:}
35800 @r{      a@:      s x   @:var          @:    29  @:calc-store-exchange@:}
35803 @r{       @:      s A   @:editing      @:    30  @:calc-edit-AlgSimpRules@:}
35804 @r{       @:      s D   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Decls@:}
35805 @r{       @:      s E   @:editing      @:    30  @:calc-edit-EvalRules@:}
35806 @r{       @:      s F   @:editing      @:    30  @:calc-edit-FitRules@:}
35807 @r{       @:      s G   @:editing      @:    30  @:calc-edit-GenCount@:}
35808 @r{       @:      s H   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Holidays@:}
35809 @r{       @:      s I   @:editing      @:    30  @:calc-edit-IntegLimit@:}
35810 @r{       @:      s L   @:editing      @:    30  @:calc-edit-LineStyles@:}
35811 @r{       @:      s P   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PointStyles@:}
35812 @r{       @:      s R   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PlotRejects@:}
35813 @r{       @:      s T   @:editing      @:    30  @:calc-edit-TimeZone@:}
35814 @r{       @:      s U   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Units@:}
35815 @r{       @:      s X   @:editing      @:    30  @:calc-edit-ExtSimpRules@:}
35818 @r{      a@:      s +   @:var          @: 29,47  @:calc-store-plus@:  (v+a)}
35819 @r{      a@:      s -   @:var          @: 29,47  @:calc-store-minus@:  (v-a)}
35820 @r{      a@:      s *   @:var          @: 29,47  @:calc-store-times@:  (v*a)}
35821 @r{      a@:      s /   @:var          @: 29,47  @:calc-store-div@:  (v/a)}
35822 @r{      a@:      s ^   @:var          @: 29,47  @:calc-store-power@:  (v^a)}
35823 @r{      a@:      s |   @:var          @: 29,47  @:calc-store-concat@:  (v|a)}
35824 @r{       @:      s &   @:var          @: 29,47  @:calc-store-inv@:  (v^-1)}
35825 @r{       @:      s [   @:var          @: 29,47  @:calc-store-decr@:  (v-1)}
35826 @r{       @:      s ]   @:var          @: 29,47  @:calc-store-incr@:  (v-(-1))}
35827 @r{    a b@:      s :   @:             @:     2  @:assign@:(a,b)  a @tfn{:=} b}
35828 @r{      a@:      s =   @:             @:     1  @:evalto@:(a,b)  a @tfn{=>}}
35831 @r{       @:      t [   @:             @:     4  @:calc-trail-first@:}
35832 @r{       @:      t ]   @:             @:     4  @:calc-trail-last@:}
35833 @r{       @:      t <   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-left@:}
35834 @r{       @:      t >   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-right@:}
35835 @r{       @:      t .   @:             @:    12  @:calc-full-trail-vectors@:}
35838 @r{       @:      t b   @:             @:     4  @:calc-trail-backward@:}
35839 @r{       @:      t d   @:             @: 12,50  @:calc-trail-display@:}
35840 @r{       @:      t f   @:             @:     4  @:calc-trail-forward@:}
35841 @r{       @:      t h   @:             @:        @:calc-trail-here@:}
35842 @r{       @:      t i   @:             @:        @:calc-trail-in@:}
35843 @r{       @:      t k   @:             @:     4  @:calc-trail-kill@:}
35844 @r{       @:      t m   @:string       @:        @:calc-trail-marker@:}
35845 @r{       @:      t n   @:             @:     4  @:calc-trail-next@:}
35846 @r{       @:      t o   @:             @:        @:calc-trail-out@:}
35847 @r{       @:      t p   @:             @:     4  @:calc-trail-previous@:}
35848 @r{       @:      t r   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-backward@:}
35849 @r{       @:      t s   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-forward@:}
35850 @r{       @:      t y   @:             @:     4  @:calc-trail-yank@:}
35853 @r{      d@:      t C   @:oz, nz       @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35854 @r{d oz nz@:      t C   @:$            @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35855 @r{      d@:      t D   @:             @:    15  @:date@:(d)}
35856 @r{      d@:      t I   @:             @:     4  @:incmonth@:(d,n)}
35857 @r{      d@:      t J   @:             @:    16  @:julian@:(d,z)}
35858 @r{      d@:      t M   @:             @:    17  @:newmonth@:(d,n)}
35859 @r{       @:      t N   @:             @:    16  @:now@:(z)}
35860 @r{      d@:      t P   @:1            @:    31  @:year@:(d)}
35861 @r{      d@:      t P   @:2            @:    31  @:month@:(d)}
35862 @r{      d@:      t P   @:3            @:    31  @:day@:(d)}
35863 @r{      d@:      t P   @:4            @:    31  @:hour@:(d)}
35864 @r{      d@:      t P   @:5            @:    31  @:minute@:(d)}
35865 @r{      d@:      t P   @:6            @:    31  @:second@:(d)}
35866 @r{      d@:      t P   @:7            @:    31  @:weekday@:(d)}
35867 @r{      d@:      t P   @:8            @:    31  @:yearday@:(d)}
35868 @r{      d@:      t P   @:9            @:    31  @:time@:(d)}
35869 @r{      d@:      t U   @:             @:    16  @:unixtime@:(d,z)}
35870 @r{      d@:      t W   @:             @:    17  @:newweek@:(d,w)}
35871 @r{      d@:      t Y   @:             @:    17  @:newyear@:(d,n)}
35874 @r{    a b@:      t +   @:             @:     2  @:badd@:(a,b)}
35875 @r{    a b@:      t -   @:             @:     2  @:bsub@:(a,b)}
35878 @r{       @:      u a   @:             @:    12  @:calc-autorange-units@:}
35879 @r{      a@:      u b   @:             @:        @:calc-base-units@:}
35880 @r{      a@:      u c   @:units        @:    18  @:calc-convert-units@:}
35881 @r{   defn@:      u d   @:unit, descr  @:        @:calc-define-unit@:}
35882 @r{       @:      u e   @:             @:        @:calc-explain-units@:}
35883 @r{       @:      u g   @:unit         @:        @:calc-get-unit-definition@:}
35884 @r{       @:      u p   @:             @:        @:calc-permanent-units@:}
35885 @r{      a@:      u r   @:             @:        @:calc-remove-units@:}
35886 @r{      a@:      u s   @:             @:        @:usimplify@:(a)}
35887 @r{      a@:      u t   @:units        @:    18  @:calc-convert-temperature@:}
35888 @r{       @:      u u   @:unit         @:        @:calc-undefine-unit@:}
35889 @r{       @:      u v   @:             @:        @:calc-enter-units-table@:}
35890 @r{      a@:      u x   @:             @:        @:calc-extract-units@:}
35891 @r{      a@:      u 0-9 @:             @:        @:calc-quick-units@:}
35894 @r{  v1 v2@:      u C   @:             @:    20  @:vcov@:(v1,v2)}
35895 @r{  v1 v2@:    I u C   @:             @:    20  @:vpcov@:(v1,v2)}
35896 @r{  v1 v2@:    H u C   @:             @:    20  @:vcorr@:(v1,v2)}
35897 @r{      v@:      u G   @:             @:    19  @:vgmean@:(v)}
35898 @r{    a b@:    H u G   @:             @:     2  @:agmean@:(a,b)}
35899 @r{      v@:      u M   @:             @:    19  @:vmean@:(v)}
35900 @r{      v@:    I u M   @:             @:    19  @:vmeane@:(v)}
35901 @r{      v@:    H u M   @:             @:    19  @:vmedian@:(v)}
35902 @r{      v@:  I H u M   @:             @:    19  @:vhmean@:(v)}
35903 @r{      v@:      u N   @:             @:    19  @:vmin@:(v)}
35904 @r{      v@:      u S   @:             @:    19  @:vsdev@:(v)}
35905 @r{      v@:    I u S   @:             @:    19  @:vpsdev@:(v)}
35906 @r{      v@:    H u S   @:             @:    19  @:vvar@:(v)}
35907 @r{      v@:  I H u S   @:             @:    19  @:vpvar@:(v)}
35908 @r{       @:      u V   @:             @:        @:calc-view-units-table@:}
35909 @r{      v@:      u X   @:             @:    19  @:vmax@:(v)}
35912 @r{      v@:      u +   @:             @:    19  @:vsum@:(v)}
35913 @r{      v@:      u *   @:             @:    19  @:vprod@:(v)}
35914 @r{      v@:      u #   @:             @:    19  @:vcount@:(v)}
35917 @r{       @:      V (   @:             @:    50  @:calc-vector-parens@:}
35918 @r{       @:      V @{   @:             @:    50  @:calc-vector-braces@:}
35919 @r{       @:      V [   @:             @:    50  @:calc-vector-brackets@:}
35920 @r{       @:      V ]   @:ROCP         @:    50  @:calc-matrix-brackets@:}
35921 @r{       @:      V ,   @:             @:    50  @:calc-vector-commas@:}
35922 @r{       @:      V <   @:             @:    50  @:calc-matrix-left-justify@:}
35923 @r{       @:      V =   @:             @:    50  @:calc-matrix-center-justify@:}
35924 @r{       @:      V >   @:             @:    50  @:calc-matrix-right-justify@:}
35925 @r{       @:      V /   @:             @: 12,50  @:calc-break-vectors@:}
35926 @r{       @:      V .   @:             @: 12,50  @:calc-full-vectors@:}
35929 @r{    s t@:      V ^   @:             @:     2  @:vint@:(s,t)}
35930 @r{    s t@:      V -   @:             @:     2  @:vdiff@:(s,t)}
35931 @r{      s@:      V ~   @:             @:     1  @:vcompl@:(s)}
35932 @r{      s@:      V #   @:             @:     1  @:vcard@:(s)}
35933 @r{      s@:      V :   @:             @:     1  @:vspan@:(s)}
35934 @r{      s@:      V +   @:             @:     1  @:rdup@:(s)}
35937 @r{      m@:      V &   @:             @:     1  @:inv@:(m)  1/m}
35940 @r{      v@:      v a   @:n            @:        @:arrange@:(v,n)}
35941 @r{      a@:      v b   @:n            @:        @:cvec@:(a,n)}
35942 @r{      v@:      v c   @:n >0         @: 21,31  @:mcol@:(v,n)}
35943 @r{      v@:      v c   @:n <0         @:    31  @:mrcol@:(v,-n)}
35944 @r{      m@:      v c   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35945 @r{      v@:      v d   @:             @:    25  @:diag@:(v,n)}
35946 @r{    v m@:      v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m)}
35947 @r{  v m f@:    H v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m,f)}
35948 @r{    v a@:      v f   @:             @:    26  @:find@:(v,a,n)}
35949 @r{      v@:      v h   @:             @:     1  @:head@:(v)}
35950 @r{      v@:    I v h   @:             @:     1  @:tail@:(v)}
35951 @r{      v@:    H v h   @:             @:     1  @:rhead@:(v)}
35952 @r{      v@:  I H v h   @:             @:     1  @:rtail@:(v)}
35953 @r{       @:      v i   @:n            @:    31  @:idn@:(1,n)}
35954 @r{       @:      v i   @:0            @:    31  @:idn@:(1)}
35955 @r{    h t@:      v k   @:             @:     2  @:cons@:(h,t)}
35956 @r{    h t@:    H v k   @:             @:     2  @:rcons@:(h,t)}
35957 @r{      v@:      v l   @:             @:     1  @:vlen@:(v)}
35958 @r{      v@:    H v l   @:             @:     1  @:mdims@:(v)}
35959 @r{    v m@:      v m   @:             @:     2  @:vmask@:(v,m)}
35960 @r{      v@:      v n   @:             @:     1  @:rnorm@:(v)}
35961 @r{  a b c@:      v p   @:             @:    24  @:calc-pack@:}
35962 @r{      v@:      v r   @:n >0         @: 21,31  @:mrow@:(v,n)}
35963 @r{      v@:      v r   @:n <0         @:    31  @:mrrow@:(v,-n)}
35964 @r{      m@:      v r   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35965 @r{  v i j@:      v s   @:             @:        @:subvec@:(v,i,j)}
35966 @r{  v i j@:    I v s   @:             @:        @:rsubvec@:(v,i,j)}
35967 @r{      m@:      v t   @:             @:     1  @:trn@:(m)}
35968 @r{      v@:      v u   @:             @:    24  @:calc-unpack@:}
35969 @r{      v@:      v v   @:             @:     1  @:rev@:(v)}
35970 @r{       @:      v x   @:n            @:    31  @:index@:(n)}
35971 @r{  n s i@:  C-u v x   @:             @:        @:index@:(n,s,i)}
35974 @r{      v@:      V A   @:op           @:    22  @:apply@:(op,v)}
35975 @r{  v1 v2@:      V C   @:             @:     2  @:cross@:(v1,v2)}
35976 @r{      m@:      V D   @:             @:     1  @:det@:(m)}
35977 @r{      s@:      V E   @:             @:     1  @:venum@:(s)}
35978 @r{      s@:      V F   @:             @:     1  @:vfloor@:(s)}
35979 @r{      v@:      V G   @:             @:        @:grade@:(v)}
35980 @r{      v@:    I V G   @:             @:        @:rgrade@:(v)}
35981 @r{      v@:      V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,n)}
35982 @r{    v w@:    H V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,w,n)}
35983 @r{  v1 v2@:      V I   @:mop aop      @:    22  @:inner@:(mop,aop,v1,v2)}
35984 @r{      m@:      V J   @:             @:     1  @:ctrn@:(m)}
35985 @r{      m@:      V L   @:             @:     1  @:lud@:(m)}
35986 @r{      v@:      V M   @:op           @: 22,23  @:map@:(op,v)}
35987 @r{      v@:      V N   @:             @:     1  @:cnorm@:(v)}
35988 @r{  v1 v2@:      V O   @:op           @:    22  @:outer@:(op,v1,v2)}
35989 @r{      v@:      V R   @:op           @: 22,23  @:reduce@:(op,v)}
35990 @r{      v@:    I V R   @:op           @: 22,23  @:rreduce@:(op,v)}
35991 @r{    a n@:    H V R   @:op           @:    22  @:nest@:(op,a,n)}
35992 @r{      a@:  I H V R   @:op           @:    22  @:fixp@:(op,a)}
35993 @r{      v@:      V S   @:             @:        @:sort@:(v)}
35994 @r{      v@:    I V S   @:             @:        @:rsort@:(v)}
35995 @r{      m@:      V T   @:             @:     1  @:tr@:(m)}
35996 @r{      v@:      V U   @:op           @:    22  @:accum@:(op,v)}
35997 @r{      v@:    I V U   @:op           @:    22  @:raccum@:(op,v)}
35998 @r{    a n@:    H V U   @:op           @:    22  @:anest@:(op,a,n)}
35999 @r{      a@:  I H V U   @:op           @:    22  @:afixp@:(op,a)}
36000 @r{    s t@:      V V   @:             @:     2  @:vunion@:(s,t)}
36001 @r{    s t@:      V X   @:             @:     2  @:vxor@:(s,t)}
36004 @r{       @:      Y     @:             @:        @:@:user commands}
36007 @r{       @:      z     @:             @:        @:@:user commands}
36010 @r{      c@:      Z [   @:             @:    45  @:calc-kbd-if@:}
36011 @r{      c@:      Z |   @:             @:    45  @:calc-kbd-else-if@:}
36012 @r{       @:      Z :   @:             @:        @:calc-kbd-else@:}
36013 @r{       @:      Z ]   @:             @:        @:calc-kbd-end-if@:}
36016 @r{       @:      Z @{   @:             @:     4  @:calc-kbd-loop@:}
36017 @r{      c@:      Z /   @:             @:    45  @:calc-kbd-break@:}
36018 @r{       @:      Z @}   @:             @:        @:calc-kbd-end-loop@:}
36019 @r{      n@:      Z <   @:             @:        @:calc-kbd-repeat@:}
36020 @r{       @:      Z >   @:             @:        @:calc-kbd-end-repeat@:}
36021 @r{    n m@:      Z (   @:             @:        @:calc-kbd-for@:}
36022 @r{      s@:      Z )   @:             @:        @:calc-kbd-end-for@:}
36025 @r{       @:      Z C-g @:             @:        @:@:cancel if/loop command}
36028 @r{       @:      Z `   @:             @:        @:calc-kbd-push@:}
36029 @r{       @:      Z '   @:             @:        @:calc-kbd-pop@:}
36030 @r{       @:      Z #   @:             @:        @:calc-kbd-query@:}
36033 @r{   comp@:      Z C   @:func, args   @:    50  @:calc-user-define-composition@:}
36034 @r{       @:      Z D   @:key, command @:        @:calc-user-define@:}
36035 @r{       @:      Z E   @:key, editing @:    30  @:calc-user-define-edit@:}
36036 @r{   defn@:      Z F   @:k, c, f, a, n@:    28  @:calc-user-define-formula@:}
36037 @r{       @:      Z G   @:key          @:        @:calc-get-user-defn@:}
36038 @r{       @:      Z I   @:             @:        @:calc-user-define-invocation@:}
36039 @r{       @:      Z K   @:key, command @:        @:calc-user-define-kbd-macro@:}
36040 @r{       @:      Z P   @:key          @:        @:calc-user-define-permanent@:}
36041 @r{       @:      Z S   @:             @:    30  @:calc-edit-user-syntax@:}
36042 @r{       @:      Z T   @:             @:    12  @:calc-timing@:}
36043 @r{       @:      Z U   @:key          @:        @:calc-user-undefine@:}
36045 @end format
36047 @noindent
36048 NOTES
36050 @enumerate
36051 @c 1
36052 @item
36053 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
36054 Negative prefix arguments apply to the @expr{-n}th stack entry.
36055 A prefix of zero applies to the entire stack.  (For @key{LFD} and
36056 @kbd{M-@key{DEL}}, the meaning of the sign is reversed.)
36058 @c 2
36059 @item
36060 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
36061 Negative prefix arguments apply to the top stack entry
36062 and the next @expr{-n} stack entries.
36064 @c 3
36065 @item
36066 Positive prefix arguments rotate top @expr{n} stack entries by one.
36067 Negative prefix arguments rotate the entire stack by @expr{-n}.
36068 A prefix of zero reverses the entire stack.
36070 @c 4
36071 @item
36072 Prefix argument specifies a repeat count or distance.
36074 @c 5
36075 @item
36076 Positive prefix arguments specify a precision @expr{p}.
36077 Negative prefix arguments reduce the current precision by @expr{-p}.
36079 @c 6
36080 @item
36081 A prefix argument is interpreted as an additional step-size parameter.
36082 A plain @kbd{C-u} prefix means to prompt for the step size.
36084 @c 7
36085 @item
36086 A prefix argument specifies simplification level and depth.
36087 1=Default, 2=like @kbd{a s}, 3=like @kbd{a e}.
36089 @c 8
36090 @item
36091 A negative prefix operates only on the top level of the input formula.
36093 @c 9
36094 @item
36095 Positive prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, unsigned.
36096 Negative prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, signed.
36098 @c 10
36099 @item
36100 Prefix arguments specify the shift amount @expr{n}.  The @expr{w} argument
36101 cannot be specified in the keyboard version of this command.
36103 @c 11
36104 @item
36105 From the keyboard, @expr{d} is omitted and defaults to zero.
36107 @c 12
36108 @item
36109 Mode is toggled; a positive prefix always sets the mode, and a negative
36110 prefix always clears the mode.
36112 @c 13
36113 @item
36114 Some prefix argument values provide special variations of the mode.
36116 @c 14
36117 @item
36118 A prefix argument, if any, is used for @expr{m} instead of taking
36119 @expr{m} from the stack.  @expr{M} may take any of these values:
36120 @iftex
36121 {@advance@tableindent10pt
36122 @end iftex
36123 @table @asis
36124 @item Integer
36125 Random integer in the interval @expr{[0 .. m)}.
36126 @item Float
36127 Random floating-point number in the interval @expr{[0 .. m)}.
36128 @item 0.0
36129 Gaussian with mean 1 and standard deviation 0.
36130 @item Error form
36131 Gaussian with specified mean and standard deviation.
36132 @item Interval
36133 Random integer or floating-point number in that interval.
36134 @item Vector
36135 Random element from the vector.
36136 @end table
36137 @iftex
36139 @end iftex
36141 @c 15
36142 @item
36143 A prefix argument from 1 to 6 specifies number of date components
36144 to remove from the stack.  @xref{Date Conversions}.
36146 @c 16
36147 @item
36148 A prefix argument specifies a time zone; @kbd{C-u} says to take the
36149 time zone number or name from the top of the stack.  @xref{Time Zones}.
36151 @c 17
36152 @item
36153 A prefix argument specifies a day number (0-6, 0-31, or 0-366).
36155 @c 18
36156 @item
36157 If the input has no units, you will be prompted for both the old and
36158 the new units.
36160 @c 19
36161 @item
36162 With a prefix argument, collect that many stack entries to form the
36163 input data set.  Each entry may be a single value or a vector of values.
36165 @c 20
36166 @item
36167 With a prefix argument of 1, take a single 
36168 @texline @var{n}@math{\times2}
36169 @infoline @mathit{@var{N}x2} 
36170 matrix from the stack instead of two separate data vectors.
36172 @c 21
36173 @item
36174 The row or column number @expr{n} may be given as a numeric prefix
36175 argument instead.  A plain @kbd{C-u} prefix says to take @expr{n}
36176 from the top of the stack.  If @expr{n} is a vector or interval,
36177 a subvector/submatrix of the input is created.
36179 @c 22
36180 @item
36181 The @expr{op} prompt can be answered with the key sequence for the
36182 desired function, or with @kbd{x} or @kbd{z} followed by a function name,
36183 or with @kbd{$} to take a formula from the top of the stack, or with
36184 @kbd{'} and a typed formula.  In the last two cases, the formula may
36185 be a nameless function like @samp{<#1+#2>} or @samp{<x, y : x+y>}, or it
36186 may include @kbd{$}, @kbd{$$}, etc. (where @kbd{$} will correspond to the
36187 last argument of the created function), or otherwise you will be
36188 prompted for an argument list.  The number of vectors popped from the
36189 stack by @kbd{V M} depends on the number of arguments of the function.
36191 @c 23
36192 @item
36193 One of the mapping direction keys @kbd{_} (horizontal, i.e., map
36194 by rows or reduce across), @kbd{:} (vertical, i.e., map by columns or
36195 reduce down), or @kbd{=} (map or reduce by rows) may be used before
36196 entering @expr{op}; these modify the function name by adding the letter
36197 @code{r} for ``rows,'' @code{c} for ``columns,'' @code{a} for ``across,''
36198 or @code{d} for ``down.''
36200 @c 24
36201 @item
36202 The prefix argument specifies a packing mode.  A nonnegative mode
36203 is the number of items (for @kbd{v p}) or the number of levels
36204 (for @kbd{v u}).  A negative mode is as described below.  With no
36205 prefix argument, the mode is taken from the top of the stack and
36206 may be an integer or a vector of integers.
36207 @iftex
36208 {@advance@tableindent-20pt
36209 @end iftex
36210 @table @cite
36211 @item -1
36212 (@var{2})  Rectangular complex number.
36213 @item -2
36214 (@var{2})  Polar complex number.
36215 @item -3
36216 (@var{3})  HMS form.
36217 @item -4
36218 (@var{2})  Error form.
36219 @item -5
36220 (@var{2})  Modulo form.
36221 @item -6
36222 (@var{2})  Closed interval.
36223 @item -7
36224 (@var{2})  Closed .. open interval.
36225 @item -8
36226 (@var{2})  Open .. closed interval.
36227 @item -9
36228 (@var{2})  Open interval.
36229 @item -10
36230 (@var{2})  Fraction.
36231 @item -11
36232 (@var{2})  Float with integer mantissa.
36233 @item -12
36234 (@var{2})  Float with mantissa in @expr{[1 .. 10)}.
36235 @item -13
36236 (@var{1})  Date form (using date numbers).
36237 @item -14
36238 (@var{3})  Date form (using year, month, day).
36239 @item -15
36240 (@var{6})  Date form (using year, month, day, hour, minute, second).
36241 @end table
36242 @iftex
36244 @end iftex
36246 @c 25
36247 @item
36248 A prefix argument specifies the size @expr{n} of the matrix.  With no
36249 prefix argument, @expr{n} is omitted and the size is inferred from
36250 the input vector.
36252 @c 26
36253 @item
36254 The prefix argument specifies the starting position @expr{n} (default 1).
36256 @c 27
36257 @item
36258 Cursor position within stack buffer affects this command.
36260 @c 28
36261 @item
36262 Arguments are not actually removed from the stack by this command.
36264 @c 29
36265 @item
36266 Variable name may be a single digit or a full name.
36268 @c 30
36269 @item
36270 Editing occurs in a separate buffer.  Press @kbd{C-c C-c} (or 
36271 @key{LFD}, or in some cases @key{RET}) to finish the edit, or kill the
36272 buffer with @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @key{LFD} key prevents evaluation
36273 of the result of the edit.
36275 @c 31
36276 @item
36277 The number prompted for can also be provided as a prefix argument.
36279 @c 32
36280 @item
36281 Press this key a second time to cancel the prefix.
36283 @c 33
36284 @item
36285 With a negative prefix, deactivate all formulas.  With a positive
36286 prefix, deactivate and then reactivate from scratch.
36288 @c 34
36289 @item
36290 Default is to scan for nearest formula delimiter symbols.  With a
36291 prefix of zero, formula is delimited by mark and point.  With a
36292 non-zero prefix, formula is delimited by scanning forward or
36293 backward by that many lines.
36295 @c 35
36296 @item
36297 Parse the region between point and mark as a vector.  A nonzero prefix
36298 parses @var{n} lines before or after point as a vector.  A zero prefix
36299 parses the current line as a vector.  A @kbd{C-u} prefix parses the
36300 region between point and mark as a single formula.
36302 @c 36
36303 @item
36304 Parse the rectangle defined by point and mark as a matrix.  A positive
36305 prefix @var{n} divides the rectangle into columns of width @var{n}.
36306 A zero or @kbd{C-u} prefix parses each line as one formula.  A negative
36307 prefix suppresses special treatment of bracketed portions of a line.
36309 @c 37
36310 @item
36311 A numeric prefix causes the current language mode to be ignored.
36313 @c 38
36314 @item
36315 Responding to a prompt with a blank line answers that and all
36316 later prompts by popping additional stack entries.
36318 @c 39
36319 @item
36320 Answer for @expr{v} may also be of the form @expr{v = v_0} or
36321 @expr{v - v_0}.
36323 @c 40
36324 @item
36325 With a positive prefix argument, stack contains many @expr{y}'s and one
36326 common @expr{x}.  With a zero prefix, stack contains a vector of
36327 @expr{y}s and a common @expr{x}.  With a negative prefix, stack
36328 contains many @expr{[x,y]} vectors.  (For 3D plots, substitute
36329 @expr{z} for @expr{y} and @expr{x,y} for @expr{x}.)
36331 @c 41
36332 @item
36333 With any prefix argument, all curves in the graph are deleted.
36335 @c 42
36336 @item
36337 With a positive prefix, refines an existing plot with more data points.
36338 With a negative prefix, forces recomputation of the plot data.
36340 @c 43
36341 @item
36342 With any prefix argument, set the default value instead of the
36343 value for this graph.
36345 @c 44
36346 @item
36347 With a negative prefix argument, set the value for the printer.
36349 @c 45
36350 @item
36351 Condition is considered ``true'' if it is a nonzero real or complex
36352 number, or a formula whose value is known to be nonzero; it is ``false''
36353 otherwise.
36355 @c 46
36356 @item
36357 Several formulas separated by commas are pushed as multiple stack
36358 entries.  Trailing @kbd{)}, @kbd{]}, @kbd{@}}, @kbd{>}, and @kbd{"}
36359 delimiters may be omitted.  The notation @kbd{$$$} refers to the value
36360 in stack level three, and causes the formula to replace the top three
36361 stack levels.  The notation @kbd{$3} refers to stack level three without
36362 causing that value to be removed from the stack.  Use @key{LFD} in place
36363 of @key{RET} to prevent evaluation; use @kbd{M-=} in place of @key{RET}
36364 to evaluate variables.
36366 @c 47
36367 @item
36368 The variable is replaced by the formula shown on the right.  The
36369 Inverse flag reverses the order of the operands, e.g., @kbd{I s - x}
36370 assigns 
36371 @texline @math{x \coloneq a-x}.
36372 @infoline @expr{x := a-x}.
36374 @c 48
36375 @item
36376 Press @kbd{?} repeatedly to see how to choose a model.  Answer the
36377 variables prompt with @expr{iv} or @expr{iv;pv} to specify
36378 independent and parameter variables.  A positive prefix argument
36379 takes @mathit{@var{n}+1} vectors from the stack; a zero prefix takes a matrix
36380 and a vector from the stack.
36382 @c 49
36383 @item
36384 With a plain @kbd{C-u} prefix, replace the current region of the
36385 destination buffer with the yanked text instead of inserting.
36387 @c 50
36388 @item
36389 All stack entries are reformatted; the @kbd{H} prefix inhibits this.
36390 The @kbd{I} prefix sets the mode temporarily, redraws the top stack
36391 entry, then restores the original setting of the mode.
36393 @c 51
36394 @item
36395 A negative prefix sets the default 3D resolution instead of the
36396 default 2D resolution.
36398 @c 52
36399 @item
36400 This grabs a vector of the form [@var{prec}, @var{wsize}, @var{ssize},
36401 @var{radix}, @var{flfmt}, @var{ang}, @var{frac}, @var{symb}, @var{polar},
36402 @var{matrix}, @var{simp}, @var{inf}].  A prefix argument from 1 to 12
36403 grabs the @var{n}th mode value only.
36404 @end enumerate
36406 @iftex
36407 (Space is provided below for you to keep your own written notes.)
36408 @page
36409 @endgroup
36410 @end iftex
36413 @c [end-summary]
36415 @node Key Index, Command Index, Summary, Top
36416 @unnumbered Index of Key Sequences
36418 @printindex ky
36420 @node Command Index, Function Index, Key Index, Top
36421 @unnumbered Index of Calculator Commands
36423 Since all Calculator commands begin with the prefix @samp{calc-}, the
36424 @kbd{x} key has been provided as a variant of @kbd{M-x} which automatically
36425 types @samp{calc-} for you.  Thus, @kbd{x last-args} is short for
36426 @kbd{M-x calc-last-args}.
36428 @printindex pg
36430 @node Function Index, Concept Index, Command Index, Top
36431 @unnumbered Index of Algebraic Functions
36433 This is a list of built-in functions and operators usable in algebraic
36434 expressions.  Their full Lisp names are derived by adding the prefix
36435 @samp{calcFunc-}, as in @code{calcFunc-sqrt}.
36436 @iftex
36437 All functions except those noted with ``*'' have corresponding
36438 Calc keystrokes and can also be found in the Calc Summary.
36439 @end iftex
36441 @printindex tp
36443 @node Concept Index, Variable Index, Function Index, Top
36444 @unnumbered Concept Index
36446 @printindex cp
36448 @node Variable Index, Lisp Function Index, Concept Index, Top
36449 @unnumbered Index of Variables
36451 The variables in this list that do not contain dashes are accessible
36452 as Calc variables.  Add a @samp{var-} prefix to get the name of the
36453 corresponding Lisp variable.
36455 The remaining variables are Lisp variables suitable for @code{setq}ing
36456 in your Calc init file or @file{.emacs} file.
36458 @printindex vr
36460 @node Lisp Function Index, , Variable Index, Top
36461 @unnumbered Index of Lisp Math Functions
36463 The following functions are meant to be used with @code{defmath}, not
36464 @code{defun} definitions.  For names that do not start with @samp{calc-},
36465 the corresponding full Lisp name is derived by adding a prefix of
36466 @samp{math-}.
36468 @printindex fn
36470 @summarycontents
36472 @c [end]
36474 @contents
36475 @bye
36478 @ignore
36479    arch-tag: 77a71809-fa4d-40be-b2cc-da3e8fb137c0
36480 @end ignore