nXML is done.
[emacs.git] / doc / misc / calc.texi
blobb8a42f3c74622168d707b3c4baab6cc901e95b90
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.  A copy of the license is included in the section
96 entitled ``GNU Free Documentation License.''
98 (a) The FSF's Back-Cover Text is: ``You have freedom to copy and modify
99 this GNU Manual, like GNU software.  Copies published by the Free
100 Software Foundation raise funds for GNU development.''
101 @end quotation
102 @end copying
104 @dircategory Emacs
105 @direntry
106 * Calc: (calc).         Advanced desk calculator and mathematical tool.
107 @end direntry
109 @titlepage
110 @sp 6
111 @center @titlefont{Calc Manual}
112 @sp 4
113 @center GNU Emacs Calc Version 2.1
114 @c [volume]
115 @sp 5
116 @center Dave Gillespie
117 @center daveg@@synaptics.com
118 @page
120 @vskip 0pt plus 1filll
121 Copyright @copyright{} 1990, 1991, 2001, 2002, 2003, 2004,
122    2005, 2006, 2007 Free Software Foundation, Inc.
123 @insertcopying
124 @end titlepage
127 @summarycontents
129 @c [end]
131 @contents
133 @c [begin]
134 @ifnottex
135 @node Top, Getting Started, (dir), (dir)
136 @chapter The GNU Emacs Calculator
138 @noindent
139 @dfn{Calc} is an advanced desk calculator and mathematical tool
140 written by Dave Gillespie that runs as part of the GNU Emacs environment.
142 This manual, also written (mostly) by Dave Gillespie, is divided into
143 three major parts: ``Getting Started,'' the ``Calc Tutorial,'' and the
144 ``Calc Reference.''  The Tutorial introduces all the major aspects of
145 Calculator use in an easy, hands-on way.  The remainder of the manual is
146 a complete reference to the features of the Calculator.
147 @end ifnottex
149 @ifinfo
150 For help in the Emacs Info system (which you are using to read this
151 file), type @kbd{?}.  (You can also type @kbd{h} to run through a
152 longer Info tutorial.)
153 @end ifinfo
155 @menu
156 * Getting Started::       General description and overview.
157 @ifinfo
158 * Interactive Tutorial::
159 @end ifinfo
160 * Tutorial::              A step-by-step introduction for beginners.
162 * Introduction::          Introduction to the Calc reference manual.
163 * Data Types::            Types of objects manipulated by Calc.
164 * Stack and Trail::       Manipulating the stack and trail buffers.
165 * Mode Settings::         Adjusting display format and other modes.
166 * Arithmetic::            Basic arithmetic functions.
167 * Scientific Functions::  Transcendentals and other scientific functions.
168 * Matrix Functions::      Operations on vectors and matrices.
169 * Algebra::               Manipulating expressions algebraically.
170 * Units::                 Operations on numbers with units.
171 * Store and Recall::      Storing and recalling variables.
172 * Graphics::              Commands for making graphs of data.
173 * Kill and Yank::         Moving data into and out of Calc.
174 * Keypad Mode::           Operating Calc from a keypad.
175 * Embedded Mode::         Working with formulas embedded in a file.
176 * Programming::           Calc as a programmable calculator.
178 * Copying::               How you can copy and share Calc.
179 * GNU Free Documentation License:: The license for this documentation.
180 * Customizing Calc::      Customizing Calc.
181 * Reporting Bugs::        How to report bugs and make suggestions.
183 * Summary::               Summary of Calc commands and functions.
185 * Key Index::             The standard Calc key sequences.
186 * Command Index::         The interactive Calc commands.
187 * Function Index::        Functions (in algebraic formulas).
188 * Concept Index::         General concepts.
189 * Variable Index::        Variables used by Calc (both user and internal).
190 * Lisp Function Index::   Internal Lisp math functions.
191 @end menu
193 @ifinfo
194 @node Getting Started, Interactive Tutorial, Top, Top
195 @end ifinfo
196 @ifnotinfo
197 @node Getting Started, Tutorial, Top, Top
198 @end ifnotinfo
199 @chapter Getting Started
200 @noindent
201 This chapter provides a general overview of Calc, the GNU Emacs
202 Calculator:  What it is, how to start it and how to exit from it,
203 and what are the various ways that it can be used.
205 @menu
206 * What is Calc::
207 * About This Manual::
208 * Notations Used in This Manual::
209 * Demonstration of Calc::
210 * Using Calc::
211 * History and Acknowledgements::
212 @end menu
214 @node What is Calc, About This Manual, Getting Started, Getting Started
215 @section What is Calc?
217 @noindent
218 @dfn{Calc} is an advanced calculator and mathematical tool that runs as
219 part of the GNU Emacs environment.  Very roughly based on the HP-28/48
220 series of calculators, its many features include:
222 @itemize @bullet
223 @item
224 Choice of algebraic or RPN (stack-based) entry of calculations.
226 @item
227 Arbitrary precision integers and floating-point numbers.
229 @item
230 Arithmetic on rational numbers, complex numbers (rectangular and polar),
231 error forms with standard deviations, open and closed intervals, vectors
232 and matrices, dates and times, infinities, sets, quantities with units,
233 and algebraic formulas.
235 @item
236 Mathematical operations such as logarithms and trigonometric functions.
238 @item
239 Programmer's features (bitwise operations, non-decimal numbers).
241 @item
242 Financial functions such as future value and internal rate of return.
244 @item
245 Number theoretical features such as prime factorization and arithmetic
246 modulo @var{m} for any @var{m}.
248 @item
249 Algebraic manipulation features, including symbolic calculus.
251 @item
252 Moving data to and from regular editing buffers.
254 @item
255 Embedded mode for manipulating Calc formulas and data directly
256 inside any editing buffer.
258 @item
259 Graphics using GNUPLOT, a versatile (and free) plotting program.
261 @item
262 Easy programming using keyboard macros, algebraic formulas,
263 algebraic rewrite rules, or extended Emacs Lisp.
264 @end itemize
266 Calc tries to include a little something for everyone; as a result it is
267 large and might be intimidating to the first-time user.  If you plan to
268 use Calc only as a traditional desk calculator, all you really need to
269 read is the ``Getting Started'' chapter of this manual and possibly the
270 first few sections of the tutorial.  As you become more comfortable with
271 the program you can learn its additional features.  Calc does not
272 have the scope and depth of a fully-functional symbolic math package,
273 but Calc has the advantages of convenience, portability, and freedom.
275 @node About This Manual, Notations Used in This Manual, What is Calc, Getting Started
276 @section About This Manual
278 @noindent
279 This document serves as a complete description of the GNU Emacs
280 Calculator.  It works both as an introduction for novices, and as
281 a reference for experienced users.  While it helps to have some
282 experience with GNU Emacs in order to get the most out of Calc,
283 this manual ought to be readable even if you don't know or use Emacs
284 regularly.
286 The manual is divided into three major parts:@: the ``Getting
287 Started'' chapter you are reading now, the Calc tutorial (chapter 2),
288 and the Calc reference manual (the remaining chapters and appendices).
289 @c [when-split]
290 @c This manual has been printed in two volumes, the @dfn{Tutorial} and the
291 @c @dfn{Reference}.  Both volumes include a copy of the ``Getting Started''
292 @c chapter.
294 If you are in a hurry to use Calc, there is a brief ``demonstration''
295 below which illustrates the major features of Calc in just a couple of
296 pages.  If you don't have time to go through the full tutorial, this
297 will show you everything you need to know to begin.
298 @xref{Demonstration of Calc}.
300 The tutorial chapter walks you through the various parts of Calc
301 with lots of hands-on examples and explanations.  If you are new
302 to Calc and you have some time, try going through at least the
303 beginning of the tutorial.  The tutorial includes about 70 exercises
304 with answers.  These exercises give you some guided practice with
305 Calc, as well as pointing out some interesting and unusual ways
306 to use its features.
308 The reference section discusses Calc in complete depth.  You can read
309 the reference from start to finish if you want to learn every aspect
310 of Calc.  Or, you can look in the table of contents or the Concept
311 Index to find the parts of the manual that discuss the things you
312 need to know.
314 @cindex Marginal notes
315 Every Calc keyboard command is listed in the Calc Summary, and also
316 in the Key Index.  Algebraic functions, @kbd{M-x} commands, and
317 variables also have their own indices.  
318 @texline Each
319 @infoline In the printed manual, each
320 paragraph that is referenced in the Key or Function Index is marked
321 in the margin with its index entry.
323 @c [fix-ref Help Commands]
324 You can access this manual on-line at any time within Calc by
325 pressing the @kbd{h i} key sequence.  Outside of the Calc window,
326 you can press @kbd{C-x * i} to read the manual on-line.  Also, you
327 can jump directly to the Tutorial by pressing @kbd{h t} or @kbd{C-x * t},
328 or to the Summary by pressing @kbd{h s} or @kbd{C-x * s}.  Within Calc,
329 you can also go to the part of the manual describing any Calc key,
330 function, or variable using @w{@kbd{h k}}, @kbd{h f}, or @kbd{h v},
331 respectively.  @xref{Help Commands}.
333 @ifnottex
334 The Calc manual can be printed, but because the manual is so large, you
335 should only make a printed copy if you really need it.  To print the
336 manual, you will need the @TeX{} typesetting program (this is a free
337 program by Donald Knuth at Stanford University) as well as the
338 @file{texindex} program and @file{texinfo.tex} file, both of which can
339 be obtained from the FSF as part of the @code{texinfo} package.
340 To print the Calc manual in one huge tome, you will need the
341 source code to this manual, @file{calc.texi}, available as part of the
342 Emacs source.  Once you have this file, type @kbd{texi2dvi calc.texi}.
343 Alternatively, change to the @file{man} subdirectory of the Emacs
344 source distribution, and type @kbd{make calc.dvi}. (Don't worry if you
345 get some ``overfull box'' warnings while @TeX{} runs.)
346 The result will be a device-independent output file called
347 @file{calc.dvi}, which you must print in whatever way is right
348 for your system.  On many systems, the command is
350 @example
351 lpr -d calc.dvi
352 @end example
354 @noindent
357 @example
358 dvips calc.dvi
359 @end example
360 @end ifnottex
361 @c Printed copies of this manual are also available from the Free Software
362 @c Foundation.
364 @node Notations Used in This Manual, Demonstration of Calc, About This Manual, Getting Started
365 @section Notations Used in This Manual
367 @noindent
368 This section describes the various notations that are used
369 throughout the Calc manual.
371 In keystroke sequences, uppercase letters mean you must hold down
372 the shift key while typing the letter.  Keys pressed with Control
373 held down are shown as @kbd{C-x}.  Keys pressed with Meta held down
374 are shown as @kbd{M-x}.  Other notations are @key{RET} for the
375 Return key, @key{SPC} for the space bar, @key{TAB} for the Tab key,
376 @key{DEL} for the Delete key, and @key{LFD} for the Line-Feed key.
377 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards, it is
378 whatever key you would use to correct a simple typing error when
379 regularly using Emacs.
381 (If you don't have the @key{LFD} or @key{TAB} keys on your keyboard,
382 the @kbd{C-j} and @kbd{C-i} keys are equivalent to them, respectively.
383 If you don't have a Meta key, look for Alt or Extend Char.  You can
384 also press @key{ESC} or @kbd{C-[} first to get the same effect, so
385 that @kbd{M-x}, @kbd{@key{ESC} x}, and @kbd{C-[ x} are all equivalent.)
387 Sometimes the @key{RET} key is not shown when it is ``obvious''
388 that you must press @key{RET} to proceed.  For example, the @key{RET}
389 is usually omitted in key sequences like @kbd{M-x calc-keypad @key{RET}}.
391 Commands are generally shown like this:  @kbd{p} (@code{calc-precision})
392 or @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}).  This means that the command is
393 normally used by pressing the @kbd{p} key or @kbd{C-x * k} key sequence,
394 but it also has the full-name equivalent shown, e.g., @kbd{M-x calc-precision}.
396 Commands that correspond to functions in algebraic notation
397 are written:  @kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}].  This means
398 the @kbd{C} key is equivalent to @kbd{M-x calc-cos}, and that
399 the corresponding function in an algebraic-style formula would
400 be @samp{cos(@var{x})}.
402 A few commands don't have key equivalents:  @code{calc-sincos}
403 [@code{sincos}].
405 @node Demonstration of Calc, Using Calc, Notations Used in This Manual, Getting Started
406 @section A Demonstration of Calc
408 @noindent
409 @cindex Demonstration of Calc
410 This section will show some typical small problems being solved with
411 Calc.  The focus is more on demonstration than explanation, but
412 everything you see here will be covered more thoroughly in the
413 Tutorial.
415 To begin, start Emacs if necessary (usually the command @code{emacs}
416 does this), and type @kbd{C-x * c} to start the
417 Calculator.  (You can also use @kbd{M-x calc} if this doesn't work.
418 @xref{Starting Calc}, for various ways of starting the Calculator.)
420 Be sure to type all the sample input exactly, especially noting the
421 difference between lower-case and upper-case letters.  Remember,
422 @key{RET}, @key{TAB}, @key{DEL}, and @key{SPC} are the Return, Tab,
423 Delete, and Space keys.
425 @strong{RPN calculation.}  In RPN, you type the input number(s) first,
426 then the command to operate on the numbers.
428 @noindent
429 Type @kbd{2 @key{RET} 3 + Q} to compute 
430 @texline @math{\sqrt{2+3} = 2.2360679775}.
431 @infoline the square root of 2+3, which is 2.2360679775.
433 @noindent
434 Type @kbd{P 2 ^} to compute 
435 @texline @math{\pi^2 = 9.86960440109}.
436 @infoline the value of `pi' squared, 9.86960440109.
438 @noindent
439 Type @key{TAB} to exchange the order of these two results.
441 @noindent
442 Type @kbd{- I H S} to subtract these results and compute the Inverse
443 Hyperbolic sine of the difference, 2.72996136574.
445 @noindent
446 Type @key{DEL} to erase this result.
448 @strong{Algebraic calculation.}  You can also enter calculations using
449 conventional ``algebraic'' notation.  To enter an algebraic formula,
450 use the apostrophe key.
452 @noindent
453 Type @kbd{' sqrt(2+3) @key{RET}} to compute 
454 @texline @math{\sqrt{2+3}}.
455 @infoline the square root of 2+3.
457 @noindent
458 Type @kbd{' pi^2 @key{RET}} to enter 
459 @texline @math{\pi^2}.
460 @infoline `pi' squared.  
461 To evaluate this symbolic formula as a number, type @kbd{=}.
463 @noindent
464 Type @kbd{' arcsinh($ - $$) @key{RET}} to subtract the second-most-recent
465 result from the most-recent and compute the Inverse Hyperbolic sine.
467 @strong{Keypad mode.}  If you are using the X window system, press
468 @w{@kbd{C-x * k}} to get Keypad mode.  (If you don't use X, skip to
469 the next section.)
471 @noindent
472 Click on the @key{2}, @key{ENTER}, @key{3}, @key{+}, and @key{SQRT}
473 ``buttons'' using your left mouse button.
475 @noindent
476 Click on @key{PI}, @key{2}, and @tfn{y^x}.
478 @noindent
479 Click on @key{INV}, then @key{ENTER} to swap the two results.
481 @noindent
482 Click on @key{-}, @key{INV}, @key{HYP}, and @key{SIN}.
484 @noindent
485 Click on @key{<-} to erase the result, then click @key{OFF} to turn
486 the Keypad Calculator off.
488 @strong{Grabbing data.}  Type @kbd{C-x * x} if necessary to exit Calc.
489 Now select the following numbers as an Emacs region:  ``Mark'' the
490 front of the list by typing @kbd{C-@key{SPC}} or @kbd{C-@@} there,
491 then move to the other end of the list.  (Either get this list from
492 the on-line copy of this manual, accessed by @w{@kbd{C-x * i}}, or just
493 type these numbers into a scratch file.)  Now type @kbd{C-x * g} to
494 ``grab'' these numbers into Calc.
496 @example
497 @group
498 1.23  1.97
499 1.6   2
500 1.19  1.08
501 @end group
502 @end example
504 @noindent
505 The result @samp{[1.23, 1.97, 1.6, 2, 1.19, 1.08]} is a Calc ``vector.''
506 Type @w{@kbd{V R +}} to compute the sum of these numbers.
508 @noindent
509 Type @kbd{U} to Undo this command, then type @kbd{V R *} to compute
510 the product of the numbers.
512 @noindent
513 You can also grab data as a rectangular matrix.  Place the cursor on
514 the upper-leftmost @samp{1} and set the mark, then move to just after
515 the lower-right @samp{8} and press @kbd{C-x * r}.
517 @noindent
518 Type @kbd{v t} to transpose this 
519 @texline @math{3\times2}
520 @infoline 3x2 
521 matrix into a 
522 @texline @math{2\times3}
523 @infoline 2x3
524 matrix.  Type @w{@kbd{v u}} to unpack the rows into two separate
525 vectors.  Now type @w{@kbd{V R + @key{TAB} V R +}} to compute the sums
526 of the two original columns. (There is also a special
527 grab-and-sum-columns command, @kbd{C-x * :}.)
529 @strong{Units conversion.}  Units are entered algebraically.
530 Type @w{@kbd{' 43 mi/hr @key{RET}}} to enter the quantity 43 miles-per-hour.
531 Type @w{@kbd{u c km/hr @key{RET}}}.  Type @w{@kbd{u c m/s @key{RET}}}.
533 @strong{Date arithmetic.}  Type @kbd{t N} to get the current date and
534 time.  Type @kbd{90 +} to find the date 90 days from now.  Type
535 @kbd{' <25 dec 87> @key{RET}} to enter a date, then @kbd{- 7 /} to see how
536 many weeks have passed since then.
538 @strong{Algebra.}  Algebraic entries can also include formulas
539 or equations involving variables.  Type @kbd{@w{' [x + y} = a, x y = 1] @key{RET}}
540 to enter a pair of equations involving three variables.
541 (Note the leading apostrophe in this example; also, note that the space
542 between @samp{x y} is required.)  Type @w{@kbd{a S x,y @key{RET}}} to solve
543 these equations for the variables @expr{x} and @expr{y}.
545 @noindent
546 Type @kbd{d B} to view the solutions in more readable notation.
547 Type @w{@kbd{d C}} to view them in C language notation, @kbd{d T}
548 to view them in the notation for the @TeX{} typesetting system,
549 and @kbd{d L} to view them in the notation for the La@TeX{} typesetting
550 system.  Type @kbd{d N} to return to normal notation.
552 @noindent
553 Type @kbd{7.5}, then @kbd{s l a @key{RET}} to let @expr{a = 7.5} in these formulas.
554 (That's a letter @kbd{l}, not a numeral @kbd{1}.)
556 @ifnotinfo
557 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
558 manual.  Type @kbd{C-x * c} to return to Calc after each of these
559 commands: @kbd{h k t N} to read about the @kbd{t N} command,
560 @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the @code{sqrt} function, and
561 @kbd{h s} to read the Calc summary.
562 @end ifnotinfo
563 @ifinfo
564 @strong{Help functions.}  You can read about any command in the on-line
565 manual.  Remember to type the letter @kbd{l}, then @kbd{C-x * c}, to
566 return here after each of these commands: @w{@kbd{h k t N}} to read
567 about the @w{@kbd{t N}} command, @kbd{h f sqrt @key{RET}} to read about the
568 @code{sqrt} function, and @kbd{h s} to read the Calc summary.
569 @end ifinfo
571 Press @key{DEL} repeatedly to remove any leftover results from the stack.
572 To exit from Calc, press @kbd{q} or @kbd{C-x * c} again.
574 @node Using Calc, History and Acknowledgements, Demonstration of Calc, Getting Started
575 @section Using Calc
577 @noindent
578 Calc has several user interfaces that are specialized for
579 different kinds of tasks.  As well as Calc's standard interface,
580 there are Quick mode, Keypad mode, and Embedded mode.
582 @menu
583 * Starting Calc::
584 * The Standard Interface::
585 * Quick Mode Overview::
586 * Keypad Mode Overview::
587 * Standalone Operation::
588 * Embedded Mode Overview::
589 * Other C-x * Commands::
590 @end menu
592 @node Starting Calc, The Standard Interface, Using Calc, Using Calc
593 @subsection Starting Calc
595 @noindent
596 On most systems, you can type @kbd{C-x *} to start the Calculator.
597 The key sequence @kbd{C-x *} is bound to the command @code{calc-dispatch}, 
598 which can be rebound if convenient (@pxref{Customizing Calc}).
600 When you press @kbd{C-x *}, Emacs waits for you to press a second key to
601 complete the command.  In this case, you will follow @kbd{C-x *} with a
602 letter (upper- or lower-case, it doesn't matter for @kbd{C-x *}) that says
603 which Calc interface you want to use.
605 To get Calc's standard interface, type @kbd{C-x * c}.  To get
606 Keypad mode, type @kbd{C-x * k}.  Type @kbd{C-x * ?} to get a brief
607 list of the available options, and type a second @kbd{?} to get
608 a complete list.
610 To ease typing, @kbd{C-x * *} also works to start Calc.  It starts the
611 same interface (either @kbd{C-x * c} or @w{@kbd{C-x * k}}) that you last
612 used, selecting the @kbd{C-x * c} interface by default.
614 If @kbd{C-x *} doesn't work for you, you can always type explicit
615 commands like @kbd{M-x calc} (for the standard user interface) or
616 @w{@kbd{M-x calc-keypad}} (for Keypad mode).  First type @kbd{M-x}
617 (that's Meta with the letter @kbd{x}), then, at the prompt,
618 type the full command (like @kbd{calc-keypad}) and press Return.
620 The same commands (like @kbd{C-x * c} or @kbd{C-x * *}) that start
621 the Calculator also turn it off if it is already on.
623 @node The Standard Interface, Quick Mode Overview, Starting Calc, Using Calc
624 @subsection The Standard Calc Interface
626 @noindent
627 @cindex Standard user interface
628 Calc's standard interface acts like a traditional RPN calculator,
629 operated by the normal Emacs keyboard.  When you type @kbd{C-x * c}
630 to start the Calculator, the Emacs screen splits into two windows
631 with the file you were editing on top and Calc on the bottom.
633 @smallexample
634 @group
637 --**-Emacs: myfile             (Fundamental)----All----------------------
638 --- Emacs Calculator Mode ---                   |Emacs Calculator Trail
639 2:  17.3                                        |    17.3
640 1:  -5                                          |    3
641     .                                           |    2
642                                                 |    4
643                                                 |  * 8
644                                                 |  ->-5
645                                                 |
646 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All----- --%%-Emacs: *Calc Trail*
647 @end group
648 @end smallexample
650 In this figure, the mode-line for @file{myfile} has moved up and the
651 ``Calculator'' window has appeared below it.  As you can see, Calc
652 actually makes two windows side-by-side.  The lefthand one is
653 called the @dfn{stack window} and the righthand one is called the
654 @dfn{trail window.}  The stack holds the numbers involved in the
655 calculation you are currently performing.  The trail holds a complete
656 record of all calculations you have done.  In a desk calculator with
657 a printer, the trail corresponds to the paper tape that records what
658 you do.
660 In this case, the trail shows that four numbers (17.3, 3, 2, and 4)
661 were first entered into the Calculator, then the 2 and 4 were
662 multiplied to get 8, then the 3 and 8 were subtracted to get @mathit{-5}.
663 (The @samp{>} symbol shows that this was the most recent calculation.)
664 The net result is the two numbers 17.3 and @mathit{-5} sitting on the stack.
666 Most Calculator commands deal explicitly with the stack only, but
667 there is a set of commands that allow you to search back through
668 the trail and retrieve any previous result.
670 Calc commands use the digits, letters, and punctuation keys.
671 Shifted (i.e., upper-case) letters are different from lowercase
672 letters.  Some letters are @dfn{prefix} keys that begin two-letter
673 commands.  For example, @kbd{e} means ``enter exponent'' and shifted
674 @kbd{E} means @expr{e^x}.  With the @kbd{d} (``display modes'') prefix
675 the letter ``e'' takes on very different meanings:  @kbd{d e} means
676 ``engineering notation'' and @kbd{d E} means ``@dfn{eqn} language mode.''
678 There is nothing stopping you from switching out of the Calc
679 window and back into your editing window, say by using the Emacs
680 @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window}) command.  When the cursor is
681 inside a regular window, Emacs acts just like normal.  When the
682 cursor is in the Calc stack or trail windows, keys are interpreted
683 as Calc commands.
685 When you quit by pressing @kbd{C-x * c} a second time, the Calculator
686 windows go away but the actual Stack and Trail are not gone, just
687 hidden.  When you press @kbd{C-x * c} once again you will get the
688 same stack and trail contents you had when you last used the
689 Calculator.
691 The Calculator does not remember its state between Emacs sessions.
692 Thus if you quit Emacs and start it again, @kbd{C-x * c} will give you
693 a fresh stack and trail.  There is a command (@kbd{m m}) that lets
694 you save your favorite mode settings between sessions, though.
695 One of the things it saves is which user interface (standard or
696 Keypad) you last used; otherwise, a freshly started Emacs will
697 always treat @kbd{C-x * *} the same as @kbd{C-x * c}.
699 The @kbd{q} key is another equivalent way to turn the Calculator off.
701 If you type @kbd{C-x * b} first and then @kbd{C-x * c}, you get a
702 full-screen version of Calc (@code{full-calc}) in which the stack and
703 trail windows are still side-by-side but are now as tall as the whole
704 Emacs screen.  When you press @kbd{q} or @kbd{C-x * c} again to quit,
705 the file you were editing before reappears.  The @kbd{C-x * b} key
706 switches back and forth between ``big'' full-screen mode and the
707 normal partial-screen mode.
709 Finally, @kbd{C-x * o} (@code{calc-other-window}) is like @kbd{C-x * c}
710 except that the Calc window is not selected.  The buffer you were
711 editing before remains selected instead.  @kbd{C-x * o} is a handy
712 way to switch out of Calc momentarily to edit your file; type
713 @kbd{C-x * c} to switch back into Calc when you are done.
715 @node Quick Mode Overview, Keypad Mode Overview, The Standard Interface, Using Calc
716 @subsection Quick Mode (Overview)
718 @noindent
719 @dfn{Quick mode} is a quick way to use Calc when you don't need the
720 full complexity of the stack and trail.  To use it, type @kbd{C-x * q}
721 (@code{quick-calc}) in any regular editing buffer.
723 Quick mode is very simple:  It prompts you to type any formula in
724 standard algebraic notation (like @samp{4 - 2/3}) and then displays
725 the result at the bottom of the Emacs screen (@mathit{3.33333333333}
726 in this case).  You are then back in the same editing buffer you
727 were in before, ready to continue editing or to type @kbd{C-x * q}
728 again to do another quick calculation.  The result of the calculation
729 will also be in the Emacs ``kill ring'' so that a @kbd{C-y} command
730 at this point will yank the result into your editing buffer.
732 Calc mode settings affect Quick mode, too, though you will have to
733 go into regular Calc (with @kbd{C-x * c}) to change the mode settings.
735 @c [fix-ref Quick Calculator mode]
736 @xref{Quick Calculator}, for further information.
738 @node Keypad Mode Overview, Standalone Operation, Quick Mode Overview, Using Calc
739 @subsection Keypad Mode (Overview)
741 @noindent
742 @dfn{Keypad mode} is a mouse-based interface to the Calculator.
743 It is designed for use with terminals that support a mouse.  If you
744 don't have a mouse, you will have to operate Keypad mode with your
745 arrow keys (which is probably more trouble than it's worth).
747 Type @kbd{C-x * k} to turn Keypad mode on or off.  Once again you
748 get two new windows, this time on the righthand side of the screen
749 instead of at the bottom.  The upper window is the familiar Calc
750 Stack; the lower window is a picture of a typical calculator keypad.
752 @tex
753 \dimen0=\pagetotal%
754 \advance \dimen0 by 24\baselineskip%
755 \ifdim \dimen0>\pagegoal \vfill\eject \fi%
756 \medskip
757 @end tex
758 @smallexample
759 @group
760 |--- Emacs Calculator Mode ---
761 |2:  17.3
762 |1:  -5
763 |    .
764 |--%%-Calc: 12 Deg       (Calcul
765 |----+-----Calc 2.1------+----1
766 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
767 |----+----+----+----+----+----|
768 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
769 |----+----+----+----+----+----|
770 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
771 |----+----+----+----+----+----|
772 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
773 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
774 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
775 |-----+-----+-----+-----+-----|
776 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
777 |-----+-----+-----+-----+-----|
778 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
779 |-----+-----+-----+-----+-----|
780 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
781 |-----+-----+-----+-----+-----+
782 @end group
783 @end smallexample
785 Keypad mode is much easier for beginners to learn, because there
786 is no need to memorize lots of obscure key sequences.  But not all
787 commands in regular Calc are available on the Keypad.  You can
788 always switch the cursor into the Calc stack window to use
789 standard Calc commands if you need.  Serious Calc users, though,
790 often find they prefer the standard interface over Keypad mode.
792 To operate the Calculator, just click on the ``buttons'' of the
793 keypad using your left mouse button.  To enter the two numbers
794 shown here you would click @w{@kbd{1 7 .@: 3 ENTER 5 +/- ENTER}}; to
795 add them together you would then click @kbd{+} (to get 12.3 on
796 the stack).
798 If you click the right mouse button, the top three rows of the
799 keypad change to show other sets of commands, such as advanced
800 math functions, vector operations, and operations on binary
801 numbers.
803 Because Keypad mode doesn't use the regular keyboard, Calc leaves
804 the cursor in your original editing buffer.  You can type in
805 this buffer in the usual way while also clicking on the Calculator
806 keypad.  One advantage of Keypad mode is that you don't need an
807 explicit command to switch between editing and calculating.
809 If you press @kbd{C-x * b} first, you get a full-screen Keypad mode
810 (@code{full-calc-keypad}) with three windows:  The keypad in the lower
811 left, the stack in the lower right, and the trail on top.
813 @c [fix-ref Keypad Mode]
814 @xref{Keypad Mode}, for further information.
816 @node Standalone Operation, Embedded Mode Overview, Keypad Mode Overview, Using Calc
817 @subsection Standalone Operation
819 @noindent
820 @cindex Standalone Operation
821 If you are not in Emacs at the moment but you wish to use Calc,
822 you must start Emacs first.  If all you want is to run Calc, you
823 can give the commands:
825 @example
826 emacs -f full-calc
827 @end example
829 @noindent
832 @example
833 emacs -f full-calc-keypad
834 @end example
836 @noindent
837 which run a full-screen Calculator (as if by @kbd{C-x * b C-x * c}) or
838 a full-screen X-based Calculator (as if by @kbd{C-x * b C-x * k}).
839 In standalone operation, quitting the Calculator (by pressing
840 @kbd{q} or clicking on the keypad @key{EXIT} button) quits Emacs
841 itself.
843 @node Embedded Mode Overview, Other C-x * Commands, Standalone Operation, Using Calc
844 @subsection Embedded Mode (Overview)
846 @noindent
847 @dfn{Embedded mode} is a way to use Calc directly from inside an
848 editing buffer.  Suppose you have a formula written as part of a
849 document like this:
851 @smallexample
852 @group
853 The derivative of
855                                    ln(ln(x))
858 @end group
859 @end smallexample
861 @noindent
862 and you wish to have Calc compute and format the derivative for
863 you and store this derivative in the buffer automatically.  To
864 do this with Embedded mode, first copy the formula down to where
865 you want the result to be:
867 @smallexample
868 @group
869 The derivative of
871                                    ln(ln(x))
875                                    ln(ln(x))
876 @end group
877 @end smallexample
879 Now, move the cursor onto this new formula and press @kbd{C-x * e}.
880 Calc will read the formula (using the surrounding blank lines to
881 tell how much text to read), then push this formula (invisibly)
882 onto the Calc stack.  The cursor will stay on the formula in the
883 editing buffer, but the buffer's mode line will change to look
884 like the Calc mode line (with mode indicators like @samp{12 Deg}
885 and so on).  Even though you are still in your editing buffer,
886 the keyboard now acts like the Calc keyboard, and any new result
887 you get is copied from the stack back into the buffer.  To take
888 the derivative, you would type @kbd{a d x @key{RET}}.
890 @smallexample
891 @group
892 The derivative of
894                                    ln(ln(x))
898 1 / ln(x) x
899 @end group
900 @end smallexample
902 To make this look nicer, you might want to press @kbd{d =} to center
903 the formula, and even @kbd{d B} to use Big display mode.
905 @smallexample
906 @group
907 The derivative of
909                                    ln(ln(x))
912 % [calc-mode: justify: center]
913 % [calc-mode: language: big]
915                                        1
916                                     -------
917                                     ln(x) x
918 @end group
919 @end smallexample
921 Calc has added annotations to the file to help it remember the modes
922 that were used for this formula.  They are formatted like comments
923 in the @TeX{} typesetting language, just in case you are using @TeX{} or
924 La@TeX{}. (In this example @TeX{} is not being used, so you might want
925 to move these comments up to the top of the file or otherwise put them
926 out of the way.)
928 As an extra flourish, we can add an equation number using a
929 righthand label:  Type @kbd{d @} (1) @key{RET}}.
931 @smallexample
932 @group
933 % [calc-mode: justify: center]
934 % [calc-mode: language: big]
935 % [calc-mode: right-label: " (1)"]
937                                        1
938                                     -------                      (1)
939                                     ln(x) x
940 @end group
941 @end smallexample
943 To leave Embedded mode, type @kbd{C-x * e} again.  The mode line
944 and keyboard will revert to the way they were before.
946 The related command @kbd{C-x * w} operates on a single word, which
947 generally means a single number, inside text.  It uses any
948 non-numeric characters rather than blank lines to delimit the
949 formula it reads.  Here's an example of its use:
951 @smallexample
952 A slope of one-third corresponds to an angle of 1 degrees.
953 @end smallexample
955 Place the cursor on the @samp{1}, then type @kbd{C-x * w} to enable
956 Embedded mode on that number.  Now type @kbd{3 /} (to get one-third),
957 and @kbd{I T} (the Inverse Tangent converts a slope into an angle),
958 then @w{@kbd{C-x * w}} again to exit Embedded mode.
960 @smallexample
961 A slope of one-third corresponds to an angle of 18.4349488229 degrees.
962 @end smallexample
964 @c [fix-ref Embedded Mode]
965 @xref{Embedded Mode}, for full details.
967 @node Other C-x * Commands,  , Embedded Mode Overview, Using Calc
968 @subsection Other @kbd{C-x *} Commands
970 @noindent
971 Two more Calc-related commands are @kbd{C-x * g} and @kbd{C-x * r},
972 which ``grab'' data from a selected region of a buffer into the
973 Calculator.  The region is defined in the usual Emacs way, by
974 a ``mark'' placed at one end of the region, and the Emacs
975 cursor or ``point'' placed at the other.
977 The @kbd{C-x * g} command reads the region in the usual left-to-right,
978 top-to-bottom order.  The result is packaged into a Calc vector
979 of numbers and placed on the stack.  Calc (in its standard
980 user interface) is then started.  Type @kbd{v u} if you want
981 to unpack this vector into separate numbers on the stack.  Also,
982 @kbd{C-u C-x * g} interprets the region as a single number or
983 formula.
985 The @kbd{C-x * r} command reads a rectangle, with the point and
986 mark defining opposite corners of the rectangle.  The result
987 is a matrix of numbers on the Calculator stack.
989 Complementary to these is @kbd{C-x * y}, which ``yanks'' the
990 value at the top of the Calc stack back into an editing buffer.
991 If you type @w{@kbd{C-x * y}} while in such a buffer, the value is
992 yanked at the current position.  If you type @kbd{C-x * y} while
993 in the Calc buffer, Calc makes an educated guess as to which
994 editing buffer you want to use.  The Calc window does not have
995 to be visible in order to use this command, as long as there
996 is something on the Calc stack.
998 Here, for reference, is the complete list of @kbd{C-x *} commands.
999 The shift, control, and meta keys are ignored for the keystroke
1000 following @kbd{C-x *}.
1002 @noindent
1003 Commands for turning Calc on and off:
1005 @table @kbd
1006 @item *
1007 Turn Calc on or off, employing the same user interface as last time.
1009 @item =, +, -, /, \, &, #
1010 Alternatives for @kbd{*}.
1012 @item C
1013 Turn Calc on or off using its standard bottom-of-the-screen
1014 interface.  If Calc is already turned on but the cursor is not
1015 in the Calc window, move the cursor into the window.
1017 @item O
1018 Same as @kbd{C}, but don't select the new Calc window.  If
1019 Calc is already turned on and the cursor is in the Calc window,
1020 move it out of that window.
1022 @item B
1023 Control whether @kbd{C-x * c} and @kbd{C-x * k} use the full screen.
1025 @item Q
1026 Use Quick mode for a single short calculation.
1028 @item K
1029 Turn Calc Keypad mode on or off.
1031 @item E
1032 Turn Calc Embedded mode on or off at the current formula.
1034 @item J
1035 Turn Calc Embedded mode on or off, select the interesting part.
1037 @item W
1038 Turn Calc Embedded mode on or off at the current word (number).
1040 @item Z
1041 Turn Calc on in a user-defined way, as defined by a @kbd{Z I} command.
1043 @item X
1044 Quit Calc; turn off standard, Keypad, or Embedded mode if on.
1045 (This is like @kbd{q} or @key{OFF} inside of Calc.)
1046 @end table
1047 @iftex
1048 @sp 2
1049 @end iftex
1051 @noindent
1052 Commands for moving data into and out of the Calculator:
1054 @table @kbd
1055 @item G
1056 Grab the region into the Calculator as a vector.
1058 @item R
1059 Grab the rectangular region into the Calculator as a matrix.
1061 @item :
1062 Grab the rectangular region and compute the sums of its columns.
1064 @item _
1065 Grab the rectangular region and compute the sums of its rows.
1067 @item Y
1068 Yank a value from the Calculator into the current editing buffer.
1069 @end table
1070 @iftex
1071 @sp 2
1072 @end iftex
1074 @noindent
1075 Commands for use with Embedded mode:
1077 @table @kbd
1078 @item A
1079 ``Activate'' the current buffer.  Locate all formulas that
1080 contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols and record their locations
1081 so that they can be updated automatically as variables are changed.
1083 @item D
1084 Duplicate the current formula immediately below and select
1085 the duplicate.
1087 @item F
1088 Insert a new formula at the current point.
1090 @item N
1091 Move the cursor to the next active formula in the buffer.
1093 @item P
1094 Move the cursor to the previous active formula in the buffer.
1096 @item U
1097 Update (i.e., as if by the @kbd{=} key) the formula at the current point.
1099 @item `
1100 Edit (as if by @code{calc-edit}) the formula at the current point.
1101 @end table
1102 @iftex
1103 @sp 2
1104 @end iftex
1106 @noindent
1107 Miscellaneous commands:
1109 @table @kbd
1110 @item I
1111 Run the Emacs Info system to read the Calc manual.
1112 (This is the same as @kbd{h i} inside of Calc.)
1114 @item T
1115 Run the Emacs Info system to read the Calc Tutorial.
1117 @item S
1118 Run the Emacs Info system to read the Calc Summary.
1120 @item L
1121 Load Calc entirely into memory.  (Normally the various parts
1122 are loaded only as they are needed.)
1124 @item M
1125 Read a region of written keystroke names (like @kbd{C-n a b c @key{RET}})
1126 and record them as the current keyboard macro.
1128 @item 0
1129 (This is the ``zero'' digit key.)  Reset the Calculator to
1130 its initial state:  Empty stack, and initial mode settings.
1131 @end table
1133 @node History and Acknowledgements,  , Using Calc, Getting Started
1134 @section History and Acknowledgements
1136 @noindent
1137 Calc was originally started as a two-week project to occupy a lull
1138 in the author's schedule.  Basically, a friend asked if I remembered
1139 the value of 
1140 @texline @math{2^{32}}.
1141 @infoline @expr{2^32}.  
1142 I didn't offhand, but I said, ``that's easy, just call up an
1143 @code{xcalc}.''  @code{Xcalc} duly reported that the answer to our
1144 question was @samp{4.294967e+09}---with no way to see the full ten
1145 digits even though we knew they were there in the program's memory!  I
1146 was so annoyed, I vowed to write a calculator of my own, once and for
1147 all.
1149 I chose Emacs Lisp, a) because I had always been curious about it
1150 and b) because, being only a text editor extension language after
1151 all, Emacs Lisp would surely reach its limits long before the project
1152 got too far out of hand.
1154 To make a long story short, Emacs Lisp turned out to be a distressingly
1155 solid implementation of Lisp, and the humble task of calculating
1156 turned out to be more open-ended than one might have expected.
1158 Emacs Lisp didn't have built-in floating point math (now it does), so
1159 this had to be simulated in software.  In fact, Emacs integers would
1160 only comfortably fit six decimal digits or so---not enough for a decent
1161 calculator.  So I had to write my own high-precision integer code as
1162 well, and once I had this I figured that arbitrary-size integers were
1163 just as easy as large integers.  Arbitrary floating-point precision was
1164 the logical next step.  Also, since the large integer arithmetic was
1165 there anyway it seemed only fair to give the user direct access to it,
1166 which in turn made it practical to support fractions as well as floats.
1167 All these features inspired me to look around for other data types that
1168 might be worth having.
1170 Around this time, my friend Rick Koshi showed me his nifty new HP-28
1171 calculator.  It allowed the user to manipulate formulas as well as
1172 numerical quantities, and it could also operate on matrices.  I
1173 decided that these would be good for Calc to have, too.  And once
1174 things had gone this far, I figured I might as well take a look at
1175 serious algebra systems for further ideas.  Since these systems did
1176 far more than I could ever hope to implement, I decided to focus on
1177 rewrite rules and other programming features so that users could
1178 implement what they needed for themselves.
1180 Rick complained that matrices were hard to read, so I put in code to
1181 format them in a 2D style.  Once these routines were in place, Big mode
1182 was obligatory.  Gee, what other language modes would be useful?
1184 Scott Hemphill and Allen Knutson, two friends with a strong mathematical
1185 bent, contributed ideas and algorithms for a number of Calc features
1186 including modulo forms, primality testing, and float-to-fraction conversion.
1188 Units were added at the eager insistence of Mass Sivilotti.  Later,
1189 Ulrich Mueller at CERN and Przemek Klosowski at NIST provided invaluable
1190 expert assistance with the units table.  As far as I can remember, the
1191 idea of using algebraic formulas and variables to represent units dates
1192 back to an ancient article in Byte magazine about muMath, an early
1193 algebra system for microcomputers.
1195 Many people have contributed to Calc by reporting bugs and suggesting
1196 features, large and small.  A few deserve special mention:  Tim Peters,
1197 who helped develop the ideas that led to the selection commands, rewrite
1198 rules, and many other algebra features; 
1199 @texline Fran\c{c}ois
1200 @infoline Francois
1201 Pinard, who contributed an early prototype of the Calc Summary appendix
1202 as well as providing valuable suggestions in many other areas of Calc;
1203 Carl Witty, whose eagle eyes discovered many typographical and factual
1204 errors in the Calc manual; Tim Kay, who drove the development of
1205 Embedded mode; Ove Ewerlid, who made many suggestions relating to the
1206 algebra commands and contributed some code for polynomial operations;
1207 Randal Schwartz, who suggested the @code{calc-eval} function; Juha
1208 Sarlin, who first worked out how to split Calc into quickly-loading
1209 parts; Bob Weiner, who helped immensely with the Lucid Emacs port; and
1210 Robert J. Chassell, who suggested the Calc Tutorial and exercises as
1211 well as many other things.  
1213 @cindex Bibliography
1214 @cindex Knuth, Art of Computer Programming
1215 @cindex Numerical Recipes
1216 @c Should these be expanded into more complete references?
1217 Among the books used in the development of Calc were Knuth's @emph{Art
1218 of Computer Programming} (especially volume II, @emph{Seminumerical
1219 Algorithms}); @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky,
1220 and Vetterling; Bevington's @emph{Data Reduction and Error Analysis
1221 for the Physical Sciences}; @emph{Concrete Mathematics} by Graham,
1222 Knuth, and Patashnik; Steele's @emph{Common Lisp, the Language}; the
1223 @emph{CRC Standard Math Tables} (William H. Beyer, ed.); and
1224 Abramowitz and Stegun's venerable @emph{Handbook of Mathematical
1225 Functions}.  Also, of course, Calc could not have been written without
1226 the excellent @emph{GNU Emacs Lisp Reference Manual}, by Bil Lewis and
1227 Dan LaLiberte.
1229 Final thanks go to Richard Stallman, without whose fine implementations
1230 of the Emacs editor, language, and environment, Calc would have been
1231 finished in two weeks.
1233 @c [tutorial]
1235 @ifinfo
1236 @c This node is accessed by the `C-x * t' command.
1237 @node Interactive Tutorial, Tutorial, Getting Started, Top
1238 @chapter Tutorial
1240 @noindent
1241 Some brief instructions on using the Emacs Info system for this tutorial:
1243 Press the space bar and Delete keys to go forward and backward in a
1244 section by screenfuls (or use the regular Emacs scrolling commands
1245 for this).
1247 Press @kbd{n} or @kbd{p} to go to the Next or Previous section.
1248 If the section has a @dfn{menu}, press a digit key like @kbd{1}
1249 or @kbd{2} to go to a sub-section from the menu.  Press @kbd{u} to
1250 go back up from a sub-section to the menu it is part of.
1252 Exercises in the tutorial all have cross-references to the
1253 appropriate page of the ``answers'' section.  Press @kbd{f}, then
1254 the exercise number, to see the answer to an exercise.  After
1255 you have followed a cross-reference, you can press the letter
1256 @kbd{l} to return to where you were before.
1258 You can press @kbd{?} at any time for a brief summary of Info commands.
1260 Press @kbd{1} now to enter the first section of the Tutorial.
1262 @menu
1263 * Tutorial::
1264 @end menu
1266 @node Tutorial, Introduction, Interactive Tutorial, Top
1267 @end ifinfo
1268 @ifnotinfo
1269 @node Tutorial, Introduction, Getting Started, Top
1270 @end ifnotinfo
1271 @chapter Tutorial
1273 @noindent
1274 This chapter explains how to use Calc and its many features, in
1275 a step-by-step, tutorial way.  You are encouraged to run Calc and
1276 work along with the examples as you read (@pxref{Starting Calc}).
1277 If you are already familiar with advanced calculators, you may wish
1278 @c [not-split]
1279 to skip on to the rest of this manual.
1280 @c [when-split]
1281 @c to skip on to volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}.
1283 @c [fix-ref Embedded Mode]
1284 This tutorial describes the standard user interface of Calc only.
1285 The Quick mode and Keypad mode interfaces are fairly
1286 self-explanatory.  @xref{Embedded Mode}, for a description of
1287 the Embedded mode interface.
1289 The easiest way to read this tutorial on-line is to have two windows on
1290 your Emacs screen, one with Calc and one with the Info system.  (If you
1291 have a printed copy of the manual you can use that instead.)  Press
1292 @kbd{C-x * c} to turn Calc on or to switch into the Calc window, and
1293 press @kbd{C-x * i} to start the Info system or to switch into its window.
1295 This tutorial is designed to be done in sequence.  But the rest of this
1296 manual does not assume you have gone through the tutorial.  The tutorial
1297 does not cover everything in the Calculator, but it touches on most
1298 general areas.
1300 @ifnottex
1301 You may wish to print out a copy of the Calc Summary and keep notes on
1302 it as you learn Calc.  @xref{About This Manual}, to see how to make a
1303 printed summary.  @xref{Summary}.
1304 @end ifnottex
1305 @iftex
1306 The Calc Summary at the end of the reference manual includes some blank
1307 space for your own use.  You may wish to keep notes there as you learn
1308 Calc.
1309 @end iftex
1311 @menu
1312 * Basic Tutorial::
1313 * Arithmetic Tutorial::
1314 * Vector/Matrix Tutorial::
1315 * Types Tutorial::
1316 * Algebra Tutorial::
1317 * Programming Tutorial::
1319 * Answers to Exercises::
1320 @end menu
1322 @node Basic Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial, Tutorial
1323 @section Basic Tutorial
1325 @noindent
1326 In this section, we learn how RPN and algebraic-style calculations
1327 work, how to undo and redo an operation done by mistake, and how
1328 to control various modes of the Calculator.
1330 @menu
1331 * RPN Tutorial::            Basic operations with the stack.
1332 * Algebraic Tutorial::      Algebraic entry; variables.
1333 * Undo Tutorial::           If you make a mistake: Undo and the trail.
1334 * Modes Tutorial::          Common mode-setting commands.
1335 @end menu
1337 @node RPN Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial, Basic Tutorial
1338 @subsection RPN Calculations and the Stack
1340 @cindex RPN notation
1341 @ifnottex
1342 @noindent
1343 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1344 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1345 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1346 Jan Lukasiewicz.)
1347 @end ifnottex
1348 @tex
1349 \noindent
1350 Calc normally uses RPN notation.  You may be familiar with the RPN
1351 system from Hewlett-Packard calculators, FORTH, or PostScript.
1352 (Reverse Polish Notation, RPN, is named after the Polish mathematician
1353 Jan \L ukasiewicz.)
1354 @end tex
1356 The central component of an RPN calculator is the @dfn{stack}.  A
1357 calculator stack is like a stack of dishes.  New dishes (numbers) are
1358 added at the top of the stack, and numbers are normally only removed
1359 from the top of the stack.
1361 @cindex Operators
1362 @cindex Operands
1363 In an operation like @expr{2+3}, the 2 and 3 are called the @dfn{operands}
1364 and the @expr{+} is the @dfn{operator}.  In an RPN calculator you always
1365 enter the operands first, then the operator.  Each time you type a
1366 number, Calc adds or @dfn{pushes} it onto the top of the Stack.
1367 When you press an operator key like @kbd{+}, Calc @dfn{pops} the appropriate
1368 number of operands from the stack and pushes back the result.
1370 Thus we could add the numbers 2 and 3 in an RPN calculator by typing:
1371 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} +}.  (The @key{RET} key, Return, corresponds to
1372 the @key{ENTER} key on traditional RPN calculators.)  Try this now if
1373 you wish; type @kbd{C-x * c} to switch into the Calc window (you can type
1374 @kbd{C-x * c} again or @kbd{C-x * o} to switch back to the Tutorial window).
1375 The first four keystrokes ``push'' the numbers 2 and 3 onto the stack.
1376 The @kbd{+} key ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
1377 and pushes the result (5) back onto the stack.  Here's how the stack
1378 will look at various points throughout the calculation:
1380 @smallexample
1381 @group
1382     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1383                    .          1:  3              .
1384                                   .
1386   C-x * c          2 @key{RET}          3 @key{RET}            +             @key{DEL}
1387 @end group
1388 @end smallexample
1390 The @samp{.} symbol is a marker that represents the top of the stack.
1391 Note that the ``top'' of the stack is really shown at the bottom of
1392 the Stack window.  This may seem backwards, but it turns out to be
1393 less distracting in regular use.
1395 @cindex Stack levels
1396 @cindex Levels of stack
1397 The numbers @samp{1:} and @samp{2:} on the left are @dfn{stack level
1398 numbers}.  Old RPN calculators always had four stack levels called
1399 @expr{x}, @expr{y}, @expr{z}, and @expr{t}.  Calc's stack can grow
1400 as large as you like, so it uses numbers instead of letters.  Some
1401 stack-manipulation commands accept a numeric argument that says
1402 which stack level to work on.  Normal commands like @kbd{+} always
1403 work on the top few levels of the stack.
1405 @c [fix-ref Truncating the Stack]
1406 The Stack buffer is just an Emacs buffer, and you can move around in
1407 it using the regular Emacs motion commands.  But no matter where the
1408 cursor is, even if you have scrolled the @samp{.} marker out of
1409 view, most Calc commands always move the cursor back down to level 1
1410 before doing anything.  It is possible to move the @samp{.} marker
1411 upwards through the stack, temporarily ``hiding'' some numbers from
1412 commands like @kbd{+}.  This is called @dfn{stack truncation} and
1413 we will not cover it in this tutorial; @pxref{Truncating the Stack},
1414 if you are interested.
1416 You don't really need the second @key{RET} in @kbd{2 @key{RET} 3
1417 @key{RET} +}.  That's because if you type any operator name or
1418 other non-numeric key when you are entering a number, the Calculator
1419 automatically enters that number and then does the requested command.
1420 Thus @kbd{2 @key{RET} 3 +} will work just as well.
1422 Examples in this tutorial will often omit @key{RET} even when the
1423 stack displays shown would only happen if you did press @key{RET}:
1425 @smallexample
1426 @group
1427 1:  2          2:  2          1:  5
1428     .          1:  3              .
1429                    .
1431   2 @key{RET}            3              +
1432 @end group
1433 @end smallexample
1435 @noindent
1436 Here, after pressing @kbd{3} the stack would really show @samp{1:  2}
1437 with @samp{Calc:@: 3} in the minibuffer.  In these situations, you can
1438 press the optional @key{RET} to see the stack as the figure shows.
1440 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  (This tutorial will include exercises
1441 at various points.  Try them if you wish.  Answers to all the exercises
1442 are located at the end of the Tutorial chapter.  Each exercise will
1443 include a cross-reference to its particular answer.  If you are
1444 reading with the Emacs Info system, press @kbd{f} and the
1445 exercise number to go to the answer, then the letter @kbd{l} to
1446 return to where you were.)
1448 @noindent
1449 Here's the first exercise:  What will the keystrokes @kbd{1 @key{RET} 2
1450 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -} compute?  (@samp{*} is the symbol for
1451 multiplication.)  Figure it out by hand, then try it with Calc to see
1452 if you're right.  @xref{RPN Answer 1, 1}. (@bullet{})
1454 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Compute 
1455 @texline @math{(2\times4) + (7\times9.4) + {5\over4}}
1456 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4} 
1457 using the stack.  @xref{RPN Answer 2, 2}. (@bullet{})
1459 The @key{DEL} key is called Backspace on some keyboards.  It is
1460 whatever key you would use to correct a simple typing error when
1461 regularly using Emacs.  The @key{DEL} key pops and throws away the
1462 top value on the stack.  (You can still get that value back from
1463 the Trail if you should need it later on.)  There are many places
1464 in this tutorial where we assume you have used @key{DEL} to erase the
1465 results of the previous example at the beginning of a new example.
1466 In the few places where it is really important to use @key{DEL} to
1467 clear away old results, the text will remind you to do so.
1469 (It won't hurt to let things accumulate on the stack, except that
1470 whenever you give a display-mode-changing command Calc will have to
1471 spend a long time reformatting such a large stack.)
1473 Since the @kbd{-} key is also an operator (it subtracts the top two
1474 stack elements), how does one enter a negative number?  Calc uses
1475 the @kbd{_} (underscore) key to act like the minus sign in a number.
1476 So, typing @kbd{-5 @key{RET}} won't work because the @kbd{-} key
1477 will try to do a subtraction, but @kbd{_5 @key{RET}} works just fine.
1479 You can also press @kbd{n}, which means ``change sign.''  It changes
1480 the number at the top of the stack (or the number being entered)
1481 from positive to negative or vice-versa:  @kbd{5 n @key{RET}}.
1483 @cindex Duplicating a stack entry
1484 If you press @key{RET} when you're not entering a number, the effect
1485 is to duplicate the top number on the stack.  Consider this calculation:
1487 @smallexample
1488 @group
1489 1:  3          2:  3          1:  9          2:  9          1:  81
1490     .          1:  3              .          1:  9              .
1491                    .                             .
1493   3 @key{RET}           @key{RET}             *             @key{RET}             *
1494 @end group
1495 @end smallexample
1497 @noindent
1498 (Of course, an easier way to do this would be @kbd{3 @key{RET} 4 ^},
1499 to raise 3 to the fourth power.)
1501 The space-bar key (denoted @key{SPC} here) performs the same function
1502 as @key{RET}; you could replace all three occurrences of @key{RET} in
1503 the above example with @key{SPC} and the effect would be the same.
1505 @cindex Exchanging stack entries
1506 Another stack manipulation key is @key{TAB}.  This exchanges the top
1507 two stack entries.  Suppose you have computed @kbd{2 @key{RET} 3 +}
1508 to get 5, and then you realize what you really wanted to compute
1509 was @expr{20 / (2+3)}.
1511 @smallexample
1512 @group
1513 1:  5          2:  5          2:  20         1:  4
1514     .          1:  20         1:  5              .
1515                    .              .
1517  2 @key{RET} 3 +         20            @key{TAB}             /
1518 @end group
1519 @end smallexample
1521 @noindent
1522 Planning ahead, the calculation would have gone like this:
1524 @smallexample
1525 @group
1526 1:  20         2:  20         3:  20         2:  20         1:  4
1527     .          1:  2          2:  2          1:  5              .
1528                    .          1:  3              .
1529                                   .
1531   20 @key{RET}         2 @key{RET}            3              +              /
1532 @end group
1533 @end smallexample
1535 A related stack command is @kbd{M-@key{TAB}} (hold @key{META} and type
1536 @key{TAB}).  It rotates the top three elements of the stack upward,
1537 bringing the object in level 3 to the top.
1539 @smallexample
1540 @group
1541 1:  10         2:  10         3:  10         3:  20         3:  30
1542     .          1:  20         2:  20         2:  30         2:  10
1543                    .          1:  30         1:  10         1:  20
1544                                   .              .              .
1546   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
1547 @end group
1548 @end smallexample
1550 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.} Suppose the numbers 10, 20, and 30 are
1551 on the stack.  Figure out how to add one to the number in level 2
1552 without affecting the rest of the stack.  Also figure out how to add
1553 one to the number in level 3.  @xref{RPN Answer 3, 3}. (@bullet{})
1555 Operations like @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/}, and @kbd{^} pop two
1556 arguments from the stack and push a result.  Operations like @kbd{n} and
1557 @kbd{Q} (square root) pop a single number and push the result.  You can
1558 think of them as simply operating on the top element of the stack.
1560 @smallexample
1561 @group
1562 1:  3          1:  9          2:  9          1:  25         1:  5
1563     .              .          1:  16             .              .
1564                                   .
1566   3 @key{RET}          @key{RET} *        4 @key{RET} @key{RET} *        +              Q
1567 @end group
1568 @end smallexample
1570 @noindent
1571 (Note that capital @kbd{Q} means to hold down the Shift key while
1572 typing @kbd{q}.  Remember, plain unshifted @kbd{q} is the Quit command.)
1574 @cindex Pythagorean Theorem
1575 Here we've used the Pythagorean Theorem to determine the hypotenuse of a
1576 right triangle.  Calc actually has a built-in command for that called
1577 @kbd{f h}, but let's suppose we can't remember the necessary keystrokes.
1578 We can still enter it by its full name using @kbd{M-x} notation:
1580 @smallexample
1581 @group
1582 1:  3          2:  3          1:  5
1583     .          1:  4              .
1584                    .
1586   3 @key{RET}          4 @key{RET}      M-x calc-hypot
1587 @end group
1588 @end smallexample
1590 All Calculator commands begin with the word @samp{calc-}.  Since it
1591 gets tiring to type this, Calc provides an @kbd{x} key which is just
1592 like the regular Emacs @kbd{M-x} key except that it types the @samp{calc-}
1593 prefix for you:
1595 @smallexample
1596 @group
1597 1:  3          2:  3          1:  5
1598     .          1:  4              .
1599                    .
1601   3 @key{RET}          4 @key{RET}         x hypot
1602 @end group
1603 @end smallexample
1605 What happens if you take the square root of a negative number?
1607 @smallexample
1608 @group
1609 1:  4          1:  -4         1:  (0, 2)
1610     .              .              .
1612   4 @key{RET}            n              Q
1613 @end group
1614 @end smallexample
1616 @noindent
1617 The notation @expr{(a, b)} represents a complex number.
1618 Complex numbers are more traditionally written @expr{a + b i};
1619 Calc can display in this format, too, but for now we'll stick to the
1620 @expr{(a, b)} notation.
1622 If you don't know how complex numbers work, you can safely ignore this
1623 feature.  Complex numbers only arise from operations that would be
1624 errors in a calculator that didn't have complex numbers.  (For example,
1625 taking the square root or logarithm of a negative number produces a
1626 complex result.)
1628 Complex numbers are entered in the notation shown.  The @kbd{(} and
1629 @kbd{,} and @kbd{)} keys manipulate ``incomplete complex numbers.''
1631 @smallexample
1632 @group
1633 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    1:  (2, ...    1:  (2, 3)
1634     .          1:  2              .              3              .
1635                    .                             .
1637     (              2              ,              3              )
1638 @end group
1639 @end smallexample
1641 You can perform calculations while entering parts of incomplete objects.
1642 However, an incomplete object cannot actually participate in a calculation:
1644 @smallexample
1645 @group
1646 1:  ( ...      2:  ( ...      3:  ( ...      1:  ( ...      1:  ( ...
1647     .          1:  2          2:  2              5              5
1648                    .          1:  3              .              .
1649                                   .
1650                                                              (error)
1651     (             2 @key{RET}           3              +              +
1652 @end group
1653 @end smallexample
1655 @noindent
1656 Adding 5 to an incomplete object makes no sense, so the last command
1657 produces an error message and leaves the stack the same.
1659 Incomplete objects can't participate in arithmetic, but they can be
1660 moved around by the regular stack commands.
1662 @smallexample
1663 @group
1664 2:  2          3:  2          3:  3          1:  ( ...      1:  (2, 3)
1665 1:  3          2:  3          2:  ( ...          2              .
1666     .          1:  ( ...      1:  2              3
1667                    .              .              .
1669 2 @key{RET} 3 @key{RET}        (            M-@key{TAB}          M-@key{TAB}            )
1670 @end group
1671 @end smallexample
1673 @noindent
1674 Note that the @kbd{,} (comma) key did not have to be used here.
1675 When you press @kbd{)} all the stack entries between the incomplete
1676 entry and the top are collected, so there's never really a reason
1677 to use the comma.  It's up to you.
1679 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  To enter the complex number @expr{(2, 3)},
1680 your friend Joe typed @kbd{( 2 , @key{SPC} 3 )}.  What happened?
1681 (Joe thought of a clever way to correct his mistake in only two
1682 keystrokes, but it didn't quite work.  Try it to find out why.)
1683 @xref{RPN Answer 4, 4}. (@bullet{})
1685 Vectors are entered the same way as complex numbers, but with square
1686 brackets in place of parentheses.  We'll meet vectors again later in
1687 the tutorial.
1689 Any Emacs command can be given a @dfn{numeric prefix argument} by
1690 typing a series of @key{META}-digits beforehand.  If @key{META} is
1691 awkward for you, you can instead type @kbd{C-u} followed by the
1692 necessary digits.  Numeric prefix arguments can be negative, as in
1693 @kbd{M-- M-3 M-5} or @w{@kbd{C-u - 3 5}}.  Calc commands use numeric
1694 prefix arguments in a variety of ways.  For example, a numeric prefix
1695 on the @kbd{+} operator adds any number of stack entries at once:
1697 @smallexample
1698 @group
1699 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         1:  60
1700     .          1:  20         2:  20         2:  20             .
1701                    .          1:  30         1:  30
1702                                   .              .
1704   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u 3            +
1705 @end group
1706 @end smallexample
1708 For stack manipulation commands like @key{RET}, a positive numeric
1709 prefix argument operates on the top @var{n} stack entries at once.  A
1710 negative argument operates on the entry in level @var{n} only.  An
1711 argument of zero operates on the entire stack.  In this example, we copy
1712 the second-to-top element of the stack:
1714 @smallexample
1715 @group
1716 1:  10         2:  10         3:  10         3:  10         4:  10
1717     .          1:  20         2:  20         2:  20         3:  20
1718                    .          1:  30         1:  30         2:  30
1719                                   .              .          1:  20
1720                                                                 .
1722   10 @key{RET}         20 @key{RET}         30 @key{RET}         C-u -2          @key{RET}
1723 @end group
1724 @end smallexample
1726 @cindex Clearing the stack
1727 @cindex Emptying the stack
1728 Another common idiom is @kbd{M-0 @key{DEL}}, which clears the stack.
1729 (The @kbd{M-0} numeric prefix tells @key{DEL} to operate on the
1730 entire stack.)
1732 @node Algebraic Tutorial, Undo Tutorial, RPN Tutorial, Basic Tutorial
1733 @subsection Algebraic-Style Calculations
1735 @noindent
1736 If you are not used to RPN notation, you may prefer to operate the
1737 Calculator in Algebraic mode, which is closer to the way
1738 non-RPN calculators work.  In Algebraic mode, you enter formulas
1739 in traditional @expr{2+3} notation.
1741 @strong{Warning:} Note that @samp{/} has lower precedence than
1742 @samp{*}, so that @samp{a/b*c} is interpreted as @samp{a/(b*c)}.  See
1743 below for details.
1745 You don't really need any special ``mode'' to enter algebraic formulas.
1746 You can enter a formula at any time by pressing the apostrophe (@kbd{'})
1747 key.  Answer the prompt with the desired formula, then press @key{RET}.
1748 The formula is evaluated and the result is pushed onto the RPN stack.
1749 If you don't want to think in RPN at all, you can enter your whole
1750 computation as a formula, read the result from the stack, then press
1751 @key{DEL} to delete it from the stack.
1753 Try pressing the apostrophe key, then @kbd{2+3+4}, then @key{RET}.
1754 The result should be the number 9.
1756 Algebraic formulas use the operators @samp{+}, @samp{-}, @samp{*},
1757 @samp{/}, and @samp{^}.  You can use parentheses to make the order
1758 of evaluation clear.  In the absence of parentheses, @samp{^} is
1759 evaluated first, then @samp{*}, then @samp{/}, then finally
1760 @samp{+} and @samp{-}.  For example, the expression
1762 @example
1763 2 + 3*4*5 / 6*7^8 - 9
1764 @end example
1766 @noindent
1767 is equivalent to
1769 @example
1770 2 + ((3*4*5) / (6*(7^8)) - 9
1771 @end example
1773 @noindent
1774 or, in large mathematical notation,
1776 @ifnottex
1777 @example
1778 @group
1779     3 * 4 * 5
1780 2 + --------- - 9
1781           8
1782      6 * 7
1783 @end group
1784 @end example
1785 @end ifnottex
1786 @tex
1787 \turnoffactive
1788 \beforedisplay
1789 $$ 2 + { 3 \times 4 \times 5 \over 6 \times 7^8 } - 9 $$
1790 \afterdisplay
1791 @end tex
1793 @noindent
1794 The result of this expression will be the number @mathit{-6.99999826533}.
1796 Calc's order of evaluation is the same as for most computer languages,
1797 except that @samp{*} binds more strongly than @samp{/}, as the above
1798 example shows.  As in normal mathematical notation, the @samp{*} symbol
1799 can often be omitted:  @samp{2 a} is the same as @samp{2*a}.
1801 Operators at the same level are evaluated from left to right, except
1802 that @samp{^} is evaluated from right to left.  Thus, @samp{2-3-4} is
1803 equivalent to @samp{(2-3)-4} or @mathit{-5}, whereas @samp{2^3^4} is equivalent
1804 to @samp{2^(3^4)} (a very large integer; try it!).
1806 If you tire of typing the apostrophe all the time, there is
1807 Algebraic mode, where Calc automatically senses
1808 when you are about to type an algebraic expression.  To enter this
1809 mode, press the two letters @w{@kbd{m a}}.  (An @samp{Alg} indicator
1810 should appear in the Calc window's mode line.)
1812 Press @kbd{m a}, then @kbd{2+3+4} with no apostrophe, then @key{RET}.
1814 In Algebraic mode, when you press any key that would normally begin
1815 entering a number (such as a digit, a decimal point, or the @kbd{_}
1816 key), or if you press @kbd{(} or @kbd{[}, Calc automatically begins
1817 an algebraic entry.
1819 Functions which do not have operator symbols like @samp{+} and @samp{*}
1820 must be entered in formulas using function-call notation.  For example,
1821 the function name corresponding to the square-root key @kbd{Q} is
1822 @code{sqrt}.  To compute a square root in a formula, you would use
1823 the notation @samp{sqrt(@var{x})}.
1825 Press the apostrophe, then type @kbd{sqrt(5*2) - 3}.  The result should
1826 be @expr{0.16227766017}.
1828 Note that if the formula begins with a function name, you need to use
1829 the apostrophe even if you are in Algebraic mode.  If you type @kbd{arcsin}
1830 out of the blue, the @kbd{a r} will be taken as an Algebraic Rewrite
1831 command, and the @kbd{csin} will be taken as the name of the rewrite
1832 rule to use!
1834 Some people prefer to enter complex numbers and vectors in algebraic
1835 form because they find RPN entry with incomplete objects to be too
1836 distracting, even though they otherwise use Calc as an RPN calculator.
1838 Still in Algebraic mode, type:
1840 @smallexample
1841 @group
1842 1:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (8, -1)    2:  (8, -1)    1:  (9, -1)
1843     .          1:  (1, -2)        .          1:  1              .
1844                    .                             .
1846  (2,3) @key{RET}      (1,-2) @key{RET}        *              1 @key{RET}          +
1847 @end group
1848 @end smallexample
1850 Algebraic mode allows us to enter complex numbers without pressing
1851 an apostrophe first, but it also means we need to press @key{RET}
1852 after every entry, even for a simple number like @expr{1}.
1854 (You can type @kbd{C-u m a} to enable a special Incomplete Algebraic
1855 mode in which the @kbd{(} and @kbd{[} keys use algebraic entry even
1856 though regular numeric keys still use RPN numeric entry.  There is also
1857 Total Algebraic mode, started by typing @kbd{m t}, in which all
1858 normal keys begin algebraic entry.  You must then use the @key{META} key
1859 to type Calc commands:  @kbd{M-m t} to get back out of Total Algebraic
1860 mode, @kbd{M-q} to quit, etc.)
1862 If you're still in Algebraic mode, press @kbd{m a} again to turn it off.
1864 Actual non-RPN calculators use a mixture of algebraic and RPN styles.
1865 In general, operators of two numbers (like @kbd{+} and @kbd{*})
1866 use algebraic form, but operators of one number (like @kbd{n} and @kbd{Q})
1867 use RPN form.  Also, a non-RPN calculator allows you to see the
1868 intermediate results of a calculation as you go along.  You can
1869 accomplish this in Calc by performing your calculation as a series
1870 of algebraic entries, using the @kbd{$} sign to tie them together.
1871 In an algebraic formula, @kbd{$} represents the number on the top
1872 of the stack.  Here, we perform the calculation 
1873 @texline @math{\sqrt{2\times4+1}},
1874 @infoline @expr{sqrt(2*4+1)},
1875 which on a traditional calculator would be done by pressing
1876 @kbd{2 * 4 + 1 =} and then the square-root key.
1878 @smallexample
1879 @group
1880 1:  8          1:  9          1:  3
1881     .              .              .
1883   ' 2*4 @key{RET}        $+1 @key{RET}        Q
1884 @end group
1885 @end smallexample
1887 @noindent
1888 Notice that we didn't need to press an apostrophe for the @kbd{$+1},
1889 because the dollar sign always begins an algebraic entry.
1891 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  How could you get the same effect as
1892 pressing @kbd{Q} but using an algebraic entry instead?  How about
1893 if the @kbd{Q} key on your keyboard were broken?
1894 @xref{Algebraic Answer 1, 1}. (@bullet{})
1896 The notations @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on stand for higher stack
1897 entries.  For example, @kbd{' $$+$ @key{RET}} is just like typing @kbd{+}.
1899 Algebraic formulas can include @dfn{variables}.  To store in a
1900 variable, press @kbd{s s}, then type the variable name, then press
1901 @key{RET}.  (There are actually two flavors of store command:
1902 @kbd{s s} stores a number in a variable but also leaves the number
1903 on the stack, while @w{@kbd{s t}} removes a number from the stack and
1904 stores it in the variable.)  A variable name should consist of one
1905 or more letters or digits, beginning with a letter.
1907 @smallexample
1908 @group
1909 1:  17             .          1:  a + a^2    1:  306
1910     .                             .              .
1912     17          s t a @key{RET}      ' a+a^2 @key{RET}       =
1913 @end group
1914 @end smallexample
1916 @noindent
1917 The @kbd{=} key @dfn{evaluates} a formula by replacing all its
1918 variables by the values that were stored in them.
1920 For RPN calculations, you can recall a variable's value on the
1921 stack either by entering its name as a formula and pressing @kbd{=},
1922 or by using the @kbd{s r} command.
1924 @smallexample
1925 @group
1926 1:  17         2:  17         3:  17         2:  17         1:  306
1927     .          1:  17         2:  17         1:  289            .
1928                    .          1:  2              .
1929                                   .
1931   s r a @key{RET}     ' a @key{RET} =         2              ^              +
1932 @end group
1933 @end smallexample
1935 If you press a single digit for a variable name (as in @kbd{s t 3}, you
1936 get one of ten @dfn{quick variables} @code{q0} through @code{q9}.
1937 They are ``quick'' simply because you don't have to type the letter
1938 @code{q} or the @key{RET} after their names.  In fact, you can type
1939 simply @kbd{s 3} as a shorthand for @kbd{s s 3}, and likewise for
1940 @kbd{t 3} and @w{@kbd{r 3}}.
1942 Any variables in an algebraic formula for which you have not stored
1943 values are left alone, even when you evaluate the formula.
1945 @smallexample
1946 @group
1947 1:  2 a + 2 b     1:  34 + 2 b
1948     .                 .
1950  ' 2a+2b @key{RET}          =
1951 @end group
1952 @end smallexample
1954 Calls to function names which are undefined in Calc are also left
1955 alone, as are calls for which the value is undefined.
1957 @smallexample
1958 @group
1959 1:  2 + log10(0) + log10(x) + log10(5, 6) + foo(3)
1960     .
1962  ' log10(100) + log10(0) + log10(x) + log10(5,6) + foo(3) @key{RET}
1963 @end group
1964 @end smallexample
1966 @noindent
1967 In this example, the first call to @code{log10} works, but the other
1968 calls are not evaluated.  In the second call, the logarithm is
1969 undefined for that value of the argument; in the third, the argument
1970 is symbolic, and in the fourth, there are too many arguments.  In the
1971 fifth case, there is no function called @code{foo}.  You will see a
1972 ``Wrong number of arguments'' message referring to @samp{log10(5,6)}.
1973 Press the @kbd{w} (``why'') key to see any other messages that may
1974 have arisen from the last calculation.  In this case you will get
1975 ``logarithm of zero,'' then ``number expected: @code{x}''.  Calc
1976 automatically displays the first message only if the message is
1977 sufficiently important; for example, Calc considers ``wrong number
1978 of arguments'' and ``logarithm of zero'' to be important enough to
1979 report automatically, while a message like ``number expected: @code{x}''
1980 will only show up if you explicitly press the @kbd{w} key.
1982 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Joe entered the formula @samp{2 x y},
1983 stored 5 in @code{x}, pressed @kbd{=}, and got the expected result,
1984 @samp{10 y}.  He then tried the same for the formula @samp{2 x (1+y)},
1985 expecting @samp{10 (1+y)}, but it didn't work.  Why not?
1986 @xref{Algebraic Answer 2, 2}. (@bullet{})
1988 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  What result would you expect
1989 @kbd{1 @key{RET} 0 /} to give?  What if you then type @kbd{0 *}?
1990 @xref{Algebraic Answer 3, 3}. (@bullet{})
1992 One interesting way to work with variables is to use the
1993 @dfn{evaluates-to} (@samp{=>}) operator.  It works like this:
1994 Enter a formula algebraically in the usual way, but follow
1995 the formula with an @samp{=>} symbol.  (There is also an @kbd{s =}
1996 command which builds an @samp{=>} formula using the stack.)  On
1997 the stack, you will see two copies of the formula with an @samp{=>}
1998 between them.  The lefthand formula is exactly like you typed it;
1999 the righthand formula has been evaluated as if by typing @kbd{=}.
2001 @smallexample
2002 @group
2003 2:  2 + 3 => 5                     2:  2 + 3 => 5
2004 1:  2 a + 2 b => 34 + 2 b          1:  2 a + 2 b => 20 + 2 b
2005     .                                  .
2007 ' 2+3 => @key{RET}  ' 2a+2b @key{RET} s =          10 s t a @key{RET}
2008 @end group
2009 @end smallexample
2011 @noindent
2012 Notice that the instant we stored a new value in @code{a}, all
2013 @samp{=>} operators already on the stack that referred to @expr{a}
2014 were updated to use the new value.  With @samp{=>}, you can push a
2015 set of formulas on the stack, then change the variables experimentally
2016 to see the effects on the formulas' values.
2018 You can also ``unstore'' a variable when you are through with it:
2020 @smallexample
2021 @group
2022 2:  2 + 5 => 5
2023 1:  2 a + 2 b => 2 a + 2 b
2024     .
2026     s u a @key{RET}
2027 @end group
2028 @end smallexample
2030 We will encounter formulas involving variables and functions again
2031 when we discuss the algebra and calculus features of the Calculator.
2033 @node Undo Tutorial, Modes Tutorial, Algebraic Tutorial, Basic Tutorial
2034 @subsection Undo and Redo
2036 @noindent
2037 If you make a mistake, you can usually correct it by pressing shift-@kbd{U},
2038 the ``undo'' command.  First, clear the stack (@kbd{M-0 @key{DEL}}) and exit
2039 and restart Calc (@kbd{C-x * * C-x * *}) to make sure things start off
2040 with a clean slate.  Now:
2042 @smallexample
2043 @group
2044 1:  2          2:  2          1:  8          2:  2          1:  6
2045     .          1:  3              .          1:  3              .
2046                    .                             .
2048    2 @key{RET}           3              ^              U              *
2049 @end group
2050 @end smallexample
2052 You can undo any number of times.  Calc keeps a complete record of
2053 all you have done since you last opened the Calc window.  After the
2054 above example, you could type:
2056 @smallexample
2057 @group
2058 1:  6          2:  2          1:  2              .              .
2059     .          1:  3              .
2060                    .
2061                                                              (error)
2062                    U              U              U              U
2063 @end group
2064 @end smallexample
2066 You can also type @kbd{D} to ``redo'' a command that you have undone
2067 mistakenly.
2069 @smallexample
2070 @group
2071     .          1:  2          2:  2          1:  6          1:  6
2072                    .          1:  3              .              .
2073                                   .
2074                                                              (error)
2075                    D              D              D              D
2076 @end group
2077 @end smallexample
2079 @noindent
2080 It was not possible to redo past the @expr{6}, since that was placed there
2081 by something other than an undo command.
2083 @cindex Time travel
2084 You can think of undo and redo as a sort of ``time machine.''  Press
2085 @kbd{U} to go backward in time, @kbd{D} to go forward.  If you go
2086 backward and do something (like @kbd{*}) then, as any science fiction
2087 reader knows, you have changed your future and you cannot go forward
2088 again.  Thus, the inability to redo past the @expr{6} even though there
2089 was an earlier undo command.
2091 You can always recall an earlier result using the Trail.  We've ignored
2092 the trail so far, but it has been faithfully recording everything we
2093 did since we loaded the Calculator.  If the Trail is not displayed,
2094 press @kbd{t d} now to turn it on.
2096 Let's try grabbing an earlier result.  The @expr{8} we computed was
2097 undone by a @kbd{U} command, and was lost even to Redo when we pressed
2098 @kbd{*}, but it's still there in the trail.  There should be a little
2099 @samp{>} arrow (the @dfn{trail pointer}) resting on the last trail
2100 entry.  If there isn't, press @kbd{t ]} to reset the trail pointer.
2101 Now, press @w{@kbd{t p}} to move the arrow onto the line containing
2102 @expr{8}, and press @w{@kbd{t y}} to ``yank'' that number back onto the
2103 stack.
2105 If you press @kbd{t ]} again, you will see that even our Yank command
2106 went into the trail.
2108 Let's go further back in time.  Earlier in the tutorial we computed
2109 a huge integer using the formula @samp{2^3^4}.  We don't remember
2110 what it was, but the first digits were ``241''.  Press @kbd{t r}
2111 (which stands for trail-search-reverse), then type @kbd{241}.
2112 The trail cursor will jump back to the next previous occurrence of
2113 the string ``241'' in the trail.  This is just a regular Emacs
2114 incremental search; you can now press @kbd{C-s} or @kbd{C-r} to
2115 continue the search forwards or backwards as you like.
2117 To finish the search, press @key{RET}.  This halts the incremental
2118 search and leaves the trail pointer at the thing we found.  Now we
2119 can type @kbd{t y} to yank that number onto the stack.  If we hadn't
2120 remembered the ``241'', we could simply have searched for @kbd{2^3^4},
2121 then pressed @kbd{@key{RET} t n} to halt and then move to the next item.
2123 You may have noticed that all the trail-related commands begin with
2124 the letter @kbd{t}.  (The store-and-recall commands, on the other hand,
2125 all began with @kbd{s}.)  Calc has so many commands that there aren't
2126 enough keys for all of them, so various commands are grouped into
2127 two-letter sequences where the first letter is called the @dfn{prefix}
2128 key.  If you type a prefix key by accident, you can press @kbd{C-g}
2129 to cancel it.  (In fact, you can press @kbd{C-g} to cancel almost
2130 anything in Emacs.)  To get help on a prefix key, press that key
2131 followed by @kbd{?}.  Some prefixes have several lines of help,
2132 so you need to press @kbd{?} repeatedly to see them all.  
2133 You can also type @kbd{h h} to see all the help at once.
2135 Try pressing @kbd{t ?} now.  You will see a line of the form,
2137 @smallexample
2138 trail/time: Display; Fwd, Back; Next, Prev, Here, [, ]; Yank:  [MORE]  t-
2139 @end smallexample
2141 @noindent
2142 The word ``trail'' indicates that the @kbd{t} prefix key contains
2143 trail-related commands.  Each entry on the line shows one command,
2144 with a single capital letter showing which letter you press to get
2145 that command.  We have used @kbd{t n}, @kbd{t p}, @kbd{t ]}, and
2146 @kbd{t y} so far.  The @samp{[MORE]} means you can press @kbd{?}
2147 again to see more @kbd{t}-prefix commands.  Notice that the commands
2148 are roughly divided (by semicolons) into related groups.
2150 When you are in the help display for a prefix key, the prefix is
2151 still active.  If you press another key, like @kbd{y} for example,
2152 it will be interpreted as a @kbd{t y} command.  If all you wanted
2153 was to look at the help messages, press @kbd{C-g} afterwards to cancel
2154 the prefix.
2156 One more way to correct an error is by editing the stack entries.
2157 The actual Stack buffer is marked read-only and must not be edited
2158 directly, but you can press @kbd{`} (the backquote or accent grave)
2159 to edit a stack entry.
2161 Try entering @samp{3.141439} now.  If this is supposed to represent
2162 @cpi{}, it's got several errors.  Press @kbd{`} to edit this number.
2163 Now use the normal Emacs cursor motion and editing keys to change
2164 the second 4 to a 5, and to transpose the 3 and the 9.  When you
2165 press @key{RET}, the number on the stack will be replaced by your
2166 new number.  This works for formulas, vectors, and all other types
2167 of values you can put on the stack.  The @kbd{`} key also works
2168 during entry of a number or algebraic formula.
2170 @node Modes Tutorial,  , Undo Tutorial, Basic Tutorial
2171 @subsection Mode-Setting Commands
2173 @noindent
2174 Calc has many types of @dfn{modes} that affect the way it interprets
2175 your commands or the way it displays data.  We have already seen one
2176 mode, namely Algebraic mode.  There are many others, too; we'll
2177 try some of the most common ones here.
2179 Perhaps the most fundamental mode in Calc is the current @dfn{precision}.
2180 Notice the @samp{12} on the Calc window's mode line:
2182 @smallexample
2183 --%%-Calc: 12 Deg       (Calculator)----All------
2184 @end smallexample
2186 @noindent
2187 Most of the symbols there are Emacs things you don't need to worry
2188 about, but the @samp{12} and the @samp{Deg} are mode indicators.
2189 The @samp{12} means that calculations should always be carried to
2190 12 significant figures.  That is why, when we type @kbd{1 @key{RET} 7 /},
2191 we get @expr{0.142857142857} with exactly 12 digits, not counting
2192 leading and trailing zeros.
2194 You can set the precision to anything you like by pressing @kbd{p},
2195 then entering a suitable number.  Try pressing @kbd{p 30 @key{RET}},
2196 then doing @kbd{1 @key{RET} 7 /} again:
2198 @smallexample
2199 @group
2200 1:  0.142857142857
2201 2:  0.142857142857142857142857142857
2202     .
2203 @end group
2204 @end smallexample
2206 Although the precision can be set arbitrarily high, Calc always
2207 has to have @emph{some} value for the current precision.  After
2208 all, the true value @expr{1/7} is an infinitely repeating decimal;
2209 Calc has to stop somewhere.
2211 Of course, calculations are slower the more digits you request.
2212 Press @w{@kbd{p 12}} now to set the precision back down to the default.
2214 Calculations always use the current precision.  For example, even
2215 though we have a 30-digit value for @expr{1/7} on the stack, if
2216 we use it in a calculation in 12-digit mode it will be rounded
2217 down to 12 digits before it is used.  Try it; press @key{RET} to
2218 duplicate the number, then @w{@kbd{1 +}}.  Notice that the @key{RET}
2219 key didn't round the number, because it doesn't do any calculation.
2220 But the instant we pressed @kbd{+}, the number was rounded down.
2222 @smallexample
2223 @group
2224 1:  0.142857142857
2225 2:  0.142857142857142857142857142857
2226 3:  1.14285714286
2227     .
2228 @end group
2229 @end smallexample
2231 @noindent
2232 In fact, since we added a digit on the left, we had to lose one
2233 digit on the right from even the 12-digit value of @expr{1/7}.
2235 How did we get more than 12 digits when we computed @samp{2^3^4}?  The
2236 answer is that Calc makes a distinction between @dfn{integers} and
2237 @dfn{floating-point} numbers, or @dfn{floats}.  An integer is a number
2238 that does not contain a decimal point.  There is no such thing as an
2239 ``infinitely repeating fraction integer,'' so Calc doesn't have to limit
2240 itself.  If you asked for @samp{2^10000} (don't try this!), you would
2241 have to wait a long time but you would eventually get an exact answer.
2242 If you ask for @samp{2.^10000}, you will quickly get an answer which is
2243 correct only to 12 places.  The decimal point tells Calc that it should
2244 use floating-point arithmetic to get the answer, not exact integer
2245 arithmetic.
2247 You can use the @kbd{F} (@code{calc-floor}) command to convert a
2248 floating-point value to an integer, and @kbd{c f} (@code{calc-float})
2249 to convert an integer to floating-point form.
2251 Let's try entering that last calculation:
2253 @smallexample
2254 @group
2255 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311689e3010
2256     .          1:  10000          .
2257                    .
2259   2.0 @key{RET}          10000 @key{RET}      ^
2260 @end group
2261 @end smallexample
2263 @noindent
2264 @cindex Scientific notation, entry of
2265 Notice the letter @samp{e} in there.  It represents ``times ten to the
2266 power of,'' and is used by Calc automatically whenever writing the
2267 number out fully would introduce more extra zeros than you probably
2268 want to see.  You can enter numbers in this notation, too.
2270 @smallexample
2271 @group
2272 1:  2.         2:  2.         1:  1.99506311678e3010
2273     .          1:  10000.         .
2274                    .
2276   2.0 @key{RET}          1e4 @key{RET}        ^
2277 @end group
2278 @end smallexample
2280 @cindex Round-off errors
2281 @noindent
2282 Hey, the answer is different!  Look closely at the middle columns
2283 of the two examples.  In the first, the stack contained the
2284 exact integer @expr{10000}, but in the second it contained
2285 a floating-point value with a decimal point.  When you raise a
2286 number to an integer power, Calc uses repeated squaring and
2287 multiplication to get the answer.  When you use a floating-point
2288 power, Calc uses logarithms and exponentials.  As you can see,
2289 a slight error crept in during one of these methods.  Which
2290 one should we trust?  Let's raise the precision a bit and find
2291 out:
2293 @smallexample
2294 @group
2295     .          1:  2.         2:  2.         1:  1.995063116880828e3010
2296                    .          1:  10000.         .
2297                                   .
2299  p 16 @key{RET}        2. @key{RET}           1e4            ^    p 12 @key{RET}
2300 @end group
2301 @end smallexample
2303 @noindent
2304 @cindex Guard digits
2305 Presumably, it doesn't matter whether we do this higher-precision
2306 calculation using an integer or floating-point power, since we
2307 have added enough ``guard digits'' to trust the first 12 digits
2308 no matter what.  And the verdict is@dots{}  Integer powers were more
2309 accurate; in fact, the result was only off by one unit in the
2310 last place.
2312 @cindex Guard digits
2313 Calc does many of its internal calculations to a slightly higher
2314 precision, but it doesn't always bump the precision up enough.
2315 In each case, Calc added about two digits of precision during
2316 its calculation and then rounded back down to 12 digits
2317 afterward.  In one case, it was enough; in the other, it
2318 wasn't.  If you really need @var{x} digits of precision, it
2319 never hurts to do the calculation with a few extra guard digits.
2321 What if we want guard digits but don't want to look at them?
2322 We can set the @dfn{float format}.  Calc supports four major
2323 formats for floating-point numbers, called @dfn{normal},
2324 @dfn{fixed-point}, @dfn{scientific notation}, and @dfn{engineering
2325 notation}.  You get them by pressing @w{@kbd{d n}}, @kbd{d f},
2326 @kbd{d s}, and @kbd{d e}, respectively.  In each case, you can
2327 supply a numeric prefix argument which says how many digits
2328 should be displayed.  As an example, let's put a few numbers
2329 onto the stack and try some different display modes.  First,
2330 use @kbd{M-0 @key{DEL}} to clear the stack, then enter the four
2331 numbers shown here:
2333 @smallexample
2334 @group
2335 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2336 3:  12345.     3:  12300.     3:  1.2345e4   3:  1.23e4     3:  12345.000
2337 2:  123.45     2:  123.       2:  1.2345e2   2:  1.23e2     2:  123.450
2338 1:  12.345     1:  12.3       1:  1.2345e1   1:  1.23e1     1:  12.345
2339     .              .              .              .              .
2341    d n          M-3 d n          d s          M-3 d s        M-3 d f
2342 @end group
2343 @end smallexample
2345 @noindent
2346 Notice that when we typed @kbd{M-3 d n}, the numbers were rounded down
2347 to three significant digits, but then when we typed @kbd{d s} all
2348 five significant figures reappeared.  The float format does not
2349 affect how numbers are stored, it only affects how they are
2350 displayed.  Only the current precision governs the actual rounding
2351 of numbers in the Calculator's memory.
2353 Engineering notation, not shown here, is like scientific notation
2354 except the exponent (the power-of-ten part) is always adjusted to be
2355 a multiple of three (as in ``kilo,'' ``micro,'' etc.).  As a result
2356 there will be one, two, or three digits before the decimal point.
2358 Whenever you change a display-related mode, Calc redraws everything
2359 in the stack.  This may be slow if there are many things on the stack,
2360 so Calc allows you to type shift-@kbd{H} before any mode command to
2361 prevent it from updating the stack.  Anything Calc displays after the
2362 mode-changing command will appear in the new format.
2364 @smallexample
2365 @group
2366 4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345      4:  12345
2367 3:  12345.000  3:  12345.000  3:  12345.000  3:  1.2345e4   3:  12345.
2368 2:  123.450    2:  123.450    2:  1.2345e1   2:  1.2345e1   2:  123.45
2369 1:  12.345     1:  1.2345e1   1:  1.2345e2   1:  1.2345e2   1:  12.345
2370     .              .              .              .              .
2372     H d s          @key{DEL} U          @key{TAB}            d @key{SPC}          d n
2373 @end group
2374 @end smallexample
2376 @noindent
2377 Here the @kbd{H d s} command changes to scientific notation but without
2378 updating the screen.  Deleting the top stack entry and undoing it back
2379 causes it to show up in the new format; swapping the top two stack
2380 entries reformats both entries.  The @kbd{d @key{SPC}} command refreshes the
2381 whole stack.  The @kbd{d n} command changes back to the normal float
2382 format; since it doesn't have an @kbd{H} prefix, it also updates all
2383 the stack entries to be in @kbd{d n} format.
2385 Notice that the integer @expr{12345} was not affected by any
2386 of the float formats.  Integers are integers, and are always
2387 displayed exactly.
2389 @cindex Large numbers, readability
2390 Large integers have their own problems.  Let's look back at
2391 the result of @kbd{2^3^4}.
2393 @example
2394 2417851639229258349412352
2395 @end example
2397 @noindent
2398 Quick---how many digits does this have?  Try typing @kbd{d g}:
2400 @example
2401 2,417,851,639,229,258,349,412,352
2402 @end example
2404 @noindent
2405 Now how many digits does this have?  It's much easier to tell!
2406 We can actually group digits into clumps of any size.  Some
2407 people prefer @kbd{M-5 d g}:
2409 @example
2410 24178,51639,22925,83494,12352
2411 @end example
2413 Let's see what happens to floating-point numbers when they are grouped.
2414 First, type @kbd{p 25 @key{RET}} to make sure we have enough precision
2415 to get ourselves into trouble.  Now, type @kbd{1e13 /}:
2417 @example
2418 24,17851,63922.9258349412352
2419 @end example
2421 @noindent
2422 The integer part is grouped but the fractional part isn't.  Now try
2423 @kbd{M-- M-5 d g} (that's meta-minus-sign, meta-five):
2425 @example
2426 24,17851,63922.92583,49412,352
2427 @end example
2429 If you find it hard to tell the decimal point from the commas, try
2430 changing the grouping character to a space with @kbd{d , @key{SPC}}:
2432 @example
2433 24 17851 63922.92583 49412 352
2434 @end example
2436 Type @kbd{d , ,} to restore the normal grouping character, then
2437 @kbd{d g} again to turn grouping off.  Also, press @kbd{p 12} to
2438 restore the default precision.
2440 Press @kbd{U} enough times to get the original big integer back.
2441 (Notice that @kbd{U} does not undo each mode-setting command; if
2442 you want to undo a mode-setting command, you have to do it yourself.)
2443 Now, type @kbd{d r 16 @key{RET}}:
2445 @example
2446 16#200000000000000000000
2447 @end example
2449 @noindent
2450 The number is now displayed in @dfn{hexadecimal}, or ``base-16'' form.
2451 Suddenly it looks pretty simple; this should be no surprise, since we
2452 got this number by computing a power of two, and 16 is a power of 2.
2453 In fact, we can use @w{@kbd{d r 2 @key{RET}}} to see it in actual binary
2454 form:
2456 @example
2457 2#1000000000000000000000000000000000000000000000000000000 @dots{}
2458 @end example
2460 @noindent
2461 We don't have enough space here to show all the zeros!  They won't
2462 fit on a typical screen, either, so you will have to use horizontal
2463 scrolling to see them all.  Press @kbd{<} and @kbd{>} to scroll the
2464 stack window left and right by half its width.  Another way to view
2465 something large is to press @kbd{`} (back-quote) to edit the top of
2466 stack in a separate window.  (Press @kbd{C-c C-c} when you are done.)
2468 You can enter non-decimal numbers using the @kbd{#} symbol, too.
2469 Let's see what the hexadecimal number @samp{5FE} looks like in
2470 binary.  Type @kbd{16#5FE} (the letters can be typed in upper or
2471 lower case; they will always appear in upper case).  It will also
2472 help to turn grouping on with @kbd{d g}:
2474 @example
2475 2#101,1111,1110
2476 @end example
2478 Notice that @kbd{d g} groups by fours by default if the display radix
2479 is binary or hexadecimal, but by threes if it is decimal, octal, or any
2480 other radix.
2482 Now let's see that number in decimal; type @kbd{d r 10}:
2484 @example
2485 1,534
2486 @end example
2488 Numbers are not @emph{stored} with any particular radix attached.  They're
2489 just numbers; they can be entered in any radix, and are always displayed
2490 in whatever radix you've chosen with @kbd{d r}.  The current radix applies
2491 to integers, fractions, and floats.
2493 @cindex Roundoff errors, in non-decimal numbers
2494 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Your friend Joe tried to enter one-third
2495 as @samp{3#0.1} in @kbd{d r 3} mode with a precision of 12.  He got
2496 @samp{3#0.0222222...} (with 25 2's) in the display.  When he multiplied
2497 that by three, he got @samp{3#0.222222...} instead of the expected
2498 @samp{3#1}.  Next, Joe entered @samp{3#0.2} and, to his great relief,
2499 saw @samp{3#0.2} on the screen.  But when he typed @kbd{2 /}, he got
2500 @samp{3#0.10000001} (some zeros omitted).  What's going on here?
2501 @xref{Modes Answer 1, 1}. (@bullet{})
2503 @cindex Scientific notation, in non-decimal numbers
2504 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Scientific notation works in non-decimal
2505 modes in the natural way (the exponent is a power of the radix instead of
2506 a power of ten, although the exponent itself is always written in decimal).
2507 Thus @samp{8#1.23e3 = 8#1230.0}.  Suppose we have the hexadecimal number
2508 @samp{f.e8f} times 16 to the 15th power:  We write @samp{16#f.e8fe15}.
2509 What is wrong with this picture?  What could we write instead that would
2510 work better?  @xref{Modes Answer 2, 2}. (@bullet{})
2512 The @kbd{m} prefix key has another set of modes, relating to the way
2513 Calc interprets your inputs and does computations.  Whereas @kbd{d}-prefix
2514 modes generally affect the way things look, @kbd{m}-prefix modes affect
2515 the way they are actually computed.
2517 The most popular @kbd{m}-prefix mode is the @dfn{angular mode}.  Notice
2518 the @samp{Deg} indicator in the mode line.  This means that if you use
2519 a command that interprets a number as an angle, it will assume the
2520 angle is measured in degrees.  For example,
2522 @smallexample
2523 @group
2524 1:  45         1:  0.707106781187   1:  0.500000000001    1:  0.5
2525     .              .                    .                     .
2527     45             S                    2 ^                   c 1
2528 @end group
2529 @end smallexample
2531 @noindent
2532 The shift-@kbd{S} command computes the sine of an angle.  The sine
2533 of 45 degrees is 
2534 @texline @math{\sqrt{2}/2};
2535 @infoline @expr{sqrt(2)/2}; 
2536 squaring this yields @expr{2/4 = 0.5}.  However, there has been a slight
2537 roundoff error because the representation of 
2538 @texline @math{\sqrt{2}/2}
2539 @infoline @expr{sqrt(2)/2} 
2540 wasn't exact.  The @kbd{c 1} command is a handy way to clean up numbers
2541 in this case; it temporarily reduces the precision by one digit while it
2542 re-rounds the number on the top of the stack.
2544 @cindex Roundoff errors, examples
2545 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe computed the sine
2546 of 45 degrees as shown above, then, hoping to avoid an inexact
2547 result, he increased the precision to 16 digits before squaring.
2548 What happened?  @xref{Modes Answer 3, 3}. (@bullet{})
2550 To do this calculation in radians, we would type @kbd{m r} first.
2551 (The indicator changes to @samp{Rad}.)  45 degrees corresponds to
2552 @cpiover{4} radians.  To get @cpi{}, press the @kbd{P} key.  (Once
2553 again, this is a shifted capital @kbd{P}.  Remember, unshifted
2554 @kbd{p} sets the precision.)
2556 @smallexample
2557 @group
2558 1:  3.14159265359   1:  0.785398163398   1:  0.707106781187
2559     .                   .                .
2561     P                   4 /       m r    S
2562 @end group
2563 @end smallexample
2565 Likewise, inverse trigonometric functions generate results in
2566 either radians or degrees, depending on the current angular mode.
2568 @smallexample
2569 @group
2570 1:  0.707106781187   1:  0.785398163398   1:  45.
2571     .                    .                    .
2573     .5 Q        m r      I S        m d       U I S
2574 @end group
2575 @end smallexample
2577 @noindent
2578 Here we compute the Inverse Sine of 
2579 @texline @math{\sqrt{0.5}},
2580 @infoline @expr{sqrt(0.5)}, 
2581 first in radians, then in degrees.
2583 Use @kbd{c d} and @kbd{c r} to convert a number from radians to degrees
2584 and vice-versa.
2586 @smallexample
2587 @group
2588 1:  45         1:  0.785398163397     1:  45.
2589     .              .                      .
2591     45             c r                    c d
2592 @end group
2593 @end smallexample
2595 Another interesting mode is @dfn{Fraction mode}.  Normally,
2596 dividing two integers produces a floating-point result if the
2597 quotient can't be expressed as an exact integer.  Fraction mode
2598 causes integer division to produce a fraction, i.e., a rational
2599 number, instead.
2601 @smallexample
2602 @group
2603 2:  12         1:  1.33333333333    1:  4:3
2604 1:  9              .                    .
2605     .
2607  12 @key{RET} 9          /          m f       U /      m f
2608 @end group
2609 @end smallexample
2611 @noindent
2612 In the first case, we get an approximate floating-point result.
2613 In the second case, we get an exact fractional result (four-thirds).
2615 You can enter a fraction at any time using @kbd{:} notation.
2616 (Calc uses @kbd{:} instead of @kbd{/} as the fraction separator
2617 because @kbd{/} is already used to divide the top two stack
2618 elements.)  Calculations involving fractions will always
2619 produce exact fractional results; Fraction mode only says
2620 what to do when dividing two integers.
2622 @cindex Fractions vs. floats
2623 @cindex Floats vs. fractions
2624 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  If fractional arithmetic is exact,
2625 why would you ever use floating-point numbers instead?
2626 @xref{Modes Answer 4, 4}. (@bullet{})
2628 Typing @kbd{m f} doesn't change any existing values in the stack.
2629 In the above example, we had to Undo the division and do it over
2630 again when we changed to Fraction mode.  But if you use the
2631 evaluates-to operator you can get commands like @kbd{m f} to
2632 recompute for you.
2634 @smallexample
2635 @group
2636 1:  12 / 9 => 1.33333333333    1:  12 / 9 => 1.333    1:  12 / 9 => 4:3
2637     .                              .                      .
2639    ' 12/9 => @key{RET}                   p 4 @key{RET}                m f
2640 @end group
2641 @end smallexample
2643 @noindent
2644 In this example, the righthand side of the @samp{=>} operator
2645 on the stack is recomputed when we change the precision, then
2646 again when we change to Fraction mode.  All @samp{=>} expressions
2647 on the stack are recomputed every time you change any mode that
2648 might affect their values.
2650 @node Arithmetic Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Basic Tutorial, Tutorial
2651 @section Arithmetic Tutorial
2653 @noindent
2654 In this section, we explore the arithmetic and scientific functions
2655 available in the Calculator.
2657 The standard arithmetic commands are @kbd{+}, @kbd{-}, @kbd{*}, @kbd{/},
2658 and @kbd{^}.  Each normally takes two numbers from the top of the stack
2659 and pushes back a result.  The @kbd{n} and @kbd{&} keys perform
2660 change-sign and reciprocal operations, respectively.
2662 @smallexample
2663 @group
2664 1:  5          1:  0.2        1:  5.         1:  -5.        1:  5.
2665     .              .              .              .              .
2667     5              &              &              n              n
2668 @end group
2669 @end smallexample
2671 @cindex Binary operators
2672 You can apply a ``binary operator'' like @kbd{+} across any number of
2673 stack entries by giving it a numeric prefix.  You can also apply it
2674 pairwise to several stack elements along with the top one if you use
2675 a negative prefix.
2677 @smallexample
2678 @group
2679 3:  2          1:  9          3:  2          4:  2          3:  12
2680 2:  3              .          2:  3          3:  3          2:  13
2681 1:  4                         1:  4          2:  4          1:  14
2682     .                             .          1:  10             .
2683                                                  .
2685 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4     M-3 +           U              10          M-- M-3 +
2686 @end group
2687 @end smallexample
2689 @cindex Unary operators
2690 You can apply a ``unary operator'' like @kbd{&} to the top @var{n}
2691 stack entries with a numeric prefix, too.
2693 @smallexample
2694 @group
2695 3:  2          3:  0.5                3:  0.5
2696 2:  3          2:  0.333333333333     2:  3.
2697 1:  4          1:  0.25               1:  4.
2698     .              .                      .
2700 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4      M-3 &                  M-2 &
2701 @end group
2702 @end smallexample
2704 Notice that the results here are left in floating-point form.
2705 We can convert them back to integers by pressing @kbd{F}, the
2706 ``floor'' function.  This function rounds down to the next lower
2707 integer.  There is also @kbd{R}, which rounds to the nearest
2708 integer.
2710 @smallexample
2711 @group
2712 7:  2.         7:  2          7:  2
2713 6:  2.4        6:  2          6:  2
2714 5:  2.5        5:  2          5:  3
2715 4:  2.6        4:  2          4:  3
2716 3:  -2.        3:  -2         3:  -2
2717 2:  -2.4       2:  -3         2:  -2
2718 1:  -2.6       1:  -3         1:  -3
2719     .              .              .
2721                   M-7 F        U M-7 R
2722 @end group
2723 @end smallexample
2725 Since dividing-and-flooring (i.e., ``integer quotient'') is such a
2726 common operation, Calc provides a special command for that purpose, the
2727 backslash @kbd{\}.  Another common arithmetic operator is @kbd{%}, which
2728 computes the remainder that would arise from a @kbd{\} operation, i.e.,
2729 the ``modulo'' of two numbers.  For example,
2731 @smallexample
2732 @group
2733 2:  1234       1:  12         2:  1234       1:  34
2734 1:  100            .          1:  100            .
2735     .                             .
2737 1234 @key{RET} 100       \              U              %
2738 @end group
2739 @end smallexample
2741 These commands actually work for any real numbers, not just integers.
2743 @smallexample
2744 @group
2745 2:  3.1415     1:  3          2:  3.1415     1:  0.1415
2746 1:  1              .          1:  1              .
2747     .                             .
2749 3.1415 @key{RET} 1       \              U              %
2750 @end group
2751 @end smallexample
2753 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The @kbd{\} command would appear to be a
2754 frill, since you could always do the same thing with @kbd{/ F}.  Think
2755 of a situation where this is not true---@kbd{/ F} would be inadequate.
2756 Now think of a way you could get around the problem if Calc didn't
2757 provide a @kbd{\} command.  @xref{Arithmetic Answer 1, 1}. (@bullet{})
2759 We've already seen the @kbd{Q} (square root) and @kbd{S} (sine)
2760 commands.  Other commands along those lines are @kbd{C} (cosine),
2761 @kbd{T} (tangent), @kbd{E} (@expr{e^x}) and @kbd{L} (natural
2762 logarithm).  These can be modified by the @kbd{I} (inverse) and
2763 @kbd{H} (hyperbolic) prefix keys.
2765 Let's compute the sine and cosine of an angle, and verify the
2766 identity 
2767 @texline @math{\sin^2x + \cos^2x = 1}.
2768 @infoline @expr{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}.  
2769 We'll arbitrarily pick @mathit{-64} degrees as a good value for @expr{x}.
2770 With the angular mode set to degrees (type @w{@kbd{m d}}), do:
2772 @smallexample
2773 @group
2774 2:  -64        2:  -64        2:  -0.89879   2:  -0.89879   1:  1.
2775 1:  -64        1:  -0.89879   1:  -64        1:  0.43837        .
2776     .              .              .              .
2778  64 n @key{RET} @key{RET}      S              @key{TAB}            C              f h
2779 @end group
2780 @end smallexample
2782 @noindent
2783 (For brevity, we're showing only five digits of the results here.
2784 You can of course do these calculations to any precision you like.)
2786 Remember, @kbd{f h} is the @code{calc-hypot}, or square-root of sum
2787 of squares, command.
2789 Another identity is 
2790 @texline @math{\displaystyle\tan x = {\sin x \over \cos x}}.
2791 @infoline @expr{tan(x) = sin(x) / cos(x)}.
2792 @smallexample
2793 @group
2795 2:  -0.89879   1:  -2.0503    1:  -64.
2796 1:  0.43837        .              .
2797     .
2799     U              /              I T
2800 @end group
2801 @end smallexample
2803 A physical interpretation of this calculation is that if you move
2804 @expr{0.89879} units downward and @expr{0.43837} units to the right,
2805 your direction of motion is @mathit{-64} degrees from horizontal.  Suppose
2806 we move in the opposite direction, up and to the left:
2808 @smallexample
2809 @group
2810 2:  -0.89879   2:  0.89879    1:  -2.0503    1:  -64.
2811 1:  0.43837    1:  -0.43837       .              .
2812     .              .
2814     U U            M-2 n          /              I T
2815 @end group
2816 @end smallexample
2818 @noindent
2819 How can the angle be the same?  The answer is that the @kbd{/} operation
2820 loses information about the signs of its inputs.  Because the quotient
2821 is negative, we know exactly one of the inputs was negative, but we
2822 can't tell which one.  There is an @kbd{f T} [@code{arctan2}] function which
2823 computes the inverse tangent of the quotient of a pair of numbers.
2824 Since you feed it the two original numbers, it has enough information
2825 to give you a full 360-degree answer.
2827 @smallexample
2828 @group
2829 2:  0.89879    1:  116.       3:  116.       2:  116.       1:  180.
2830 1:  -0.43837       .          2:  -0.89879   1:  -64.           .
2831     .                         1:  0.43837        .
2832                                   .
2834     U U            f T         M-@key{RET} M-2 n       f T            -
2835 @end group
2836 @end smallexample
2838 @noindent
2839 The resulting angles differ by 180 degrees; in other words, they
2840 point in opposite directions, just as we would expect.
2842 The @key{META}-@key{RET} we used in the third step is the
2843 ``last-arguments'' command.  It is sort of like Undo, except that it
2844 restores the arguments of the last command to the stack without removing
2845 the command's result.  It is useful in situations like this one,
2846 where we need to do several operations on the same inputs.  We could
2847 have accomplished the same thing by using @kbd{M-2 @key{RET}} to duplicate
2848 the top two stack elements right after the @kbd{U U}, then a pair of
2849 @kbd{M-@key{TAB}} commands to cycle the 116 up around the duplicates.
2851 A similar identity is supposed to hold for hyperbolic sines and cosines,
2852 except that it is the @emph{difference}
2853 @texline @math{\cosh^2x - \sinh^2x}
2854 @infoline @expr{cosh(x)^2 - sinh(x)^2} 
2855 that always equals one.  Let's try to verify this identity.
2857 @smallexample
2858 @group
2859 2:  -64        2:  -64        2:  -64        2:  9.7192e54  2:  9.7192e54
2860 1:  -64        1:  -3.1175e27 1:  9.7192e54  1:  -64        1:  9.7192e54
2861     .              .              .              .              .
2863  64 n @key{RET} @key{RET}      H C            2 ^            @key{TAB}            H S 2 ^
2864 @end group
2865 @end smallexample
2867 @noindent
2868 @cindex Roundoff errors, examples
2869 Something's obviously wrong, because when we subtract these numbers
2870 the answer will clearly be zero!  But if you think about it, if these
2871 numbers @emph{did} differ by one, it would be in the 55th decimal
2872 place.  The difference we seek has been lost entirely to roundoff
2873 error.
2875 We could verify this hypothesis by doing the actual calculation with,
2876 say, 60 decimal places of precision.  This will be slow, but not
2877 enormously so.  Try it if you wish; sure enough, the answer is
2878 0.99999, reasonably close to 1.
2880 Of course, a more reasonable way to verify the identity is to use
2881 a more reasonable value for @expr{x}!
2883 @cindex Common logarithm
2884 Some Calculator commands use the Hyperbolic prefix for other purposes.
2885 The logarithm and exponential functions, for example, work to the base
2886 @expr{e} normally but use base-10 instead if you use the Hyperbolic
2887 prefix.
2889 @smallexample
2890 @group
2891 1:  1000       1:  6.9077     1:  1000       1:  3
2892     .              .              .              .
2894     1000           L              U              H L
2895 @end group
2896 @end smallexample
2898 @noindent
2899 First, we mistakenly compute a natural logarithm.  Then we undo
2900 and compute a common logarithm instead.
2902 The @kbd{B} key computes a general base-@var{b} logarithm for any
2903 value of @var{b}.
2905 @smallexample
2906 @group
2907 2:  1000       1:  3          1:  1000.      2:  1000.      1:  6.9077
2908 1:  10             .              .          1:  2.71828        .
2909     .                                            .
2911  1000 @key{RET} 10       B              H E            H P            B
2912 @end group
2913 @end smallexample
2915 @noindent
2916 Here we first use @kbd{B} to compute the base-10 logarithm, then use
2917 the ``hyperbolic'' exponential as a cheap hack to recover the number
2918 1000, then use @kbd{B} again to compute the natural logarithm.  Note
2919 that @kbd{P} with the hyperbolic prefix pushes the constant @expr{e}
2920 onto the stack.
2922 You may have noticed that both times we took the base-10 logarithm
2923 of 1000, we got an exact integer result.  Calc always tries to give
2924 an exact rational result for calculations involving rational numbers
2925 where possible.  But when we used @kbd{H E}, the result was a
2926 floating-point number for no apparent reason.  In fact, if we had
2927 computed @kbd{10 @key{RET} 3 ^} we @emph{would} have gotten an
2928 exact integer 1000.  But the @kbd{H E} command is rigged to generate
2929 a floating-point result all of the time so that @kbd{1000 H E} will
2930 not waste time computing a thousand-digit integer when all you
2931 probably wanted was @samp{1e1000}.
2933 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Find a pair of integer inputs to
2934 the @kbd{B} command for which Calc could find an exact rational
2935 result but doesn't.  @xref{Arithmetic Answer 2, 2}. (@bullet{})
2937 The Calculator also has a set of functions relating to combinatorics
2938 and statistics.  You may be familiar with the @dfn{factorial} function,
2939 which computes the product of all the integers up to a given number.
2941 @smallexample
2942 @group
2943 1:  100        1:  93326215443...    1:  100.       1:  9.3326e157
2944     .              .                     .              .
2946     100            !                     U c f          !
2947 @end group
2948 @end smallexample
2950 @noindent
2951 Recall, the @kbd{c f} command converts the integer or fraction at the
2952 top of the stack to floating-point format.  If you take the factorial
2953 of a floating-point number, you get a floating-point result
2954 accurate to the current precision.  But if you give @kbd{!} an
2955 exact integer, you get an exact integer result (158 digits long
2956 in this case).
2958 If you take the factorial of a non-integer, Calc uses a generalized
2959 factorial function defined in terms of Euler's Gamma function
2960 @texline @math{\Gamma(n)}
2961 @infoline @expr{gamma(n)}
2962 (which is itself available as the @kbd{f g} command).
2964 @smallexample
2965 @group
2966 3:  4.         3:  24.               1:  5.5        1:  52.342777847
2967 2:  4.5        2:  52.3427777847         .              .
2968 1:  5.         1:  120.
2969     .              .
2971                    M-3 !              M-0 @key{DEL} 5.5       f g
2972 @end group
2973 @end smallexample
2975 @noindent
2976 Here we verify the identity 
2977 @texline @math{n! = \Gamma(n+1)}.
2978 @infoline @expr{@var{n}!@: = gamma(@var{n}+1)}.
2980 The binomial coefficient @var{n}-choose-@var{m}
2981 @texline or @math{\displaystyle {n \choose m}}
2982 is defined by
2983 @texline @math{\displaystyle {n! \over m! \, (n-m)!}}
2984 @infoline @expr{n!@: / m!@: (n-m)!}
2985 for all reals @expr{n} and @expr{m}.  The intermediate results in this
2986 formula can become quite large even if the final result is small; the
2987 @kbd{k c} command computes a binomial coefficient in a way that avoids
2988 large intermediate values.
2990 The @kbd{k} prefix key defines several common functions out of
2991 combinatorics and number theory.  Here we compute the binomial
2992 coefficient 30-choose-20, then determine its prime factorization.
2994 @smallexample
2995 @group
2996 2:  30         1:  30045015   1:  [3, 3, 5, 7, 11, 13, 23, 29]
2997 1:  20             .              .
2998     .
3000  30 @key{RET} 20         k c            k f
3001 @end group
3002 @end smallexample
3004 @noindent
3005 You can verify these prime factors by using @kbd{v u} to ``unpack''
3006 this vector into 8 separate stack entries, then @kbd{M-8 *} to
3007 multiply them back together.  The result is the original number,
3008 30045015.
3010 @cindex Hash tables
3011 Suppose a program you are writing needs a hash table with at least
3012 10000 entries.  It's best to use a prime number as the actual size
3013 of a hash table.  Calc can compute the next prime number after 10000:
3015 @smallexample
3016 @group
3017 1:  10000      1:  10007      1:  9973
3018     .              .              .
3020     10000          k n            I k n
3021 @end group
3022 @end smallexample
3024 @noindent
3025 Just for kicks we've also computed the next prime @emph{less} than
3026 10000.
3028 @c [fix-ref Financial Functions]
3029 @xref{Financial Functions}, for a description of the Calculator
3030 commands that deal with business and financial calculations (functions
3031 like @code{pv}, @code{rate}, and @code{sln}).
3033 @c [fix-ref Binary Number Functions]
3034 @xref{Binary Functions}, to read about the commands for operating
3035 on binary numbers (like @code{and}, @code{xor}, and @code{lsh}).
3037 @node Vector/Matrix Tutorial, Types Tutorial, Arithmetic Tutorial, Tutorial
3038 @section Vector/Matrix Tutorial
3040 @noindent
3041 A @dfn{vector} is a list of numbers or other Calc data objects.
3042 Calc provides a large set of commands that operate on vectors.  Some
3043 are familiar operations from vector analysis.  Others simply treat
3044 a vector as a list of objects.
3046 @menu
3047 * Vector Analysis Tutorial::
3048 * Matrix Tutorial::
3049 * List Tutorial::
3050 @end menu
3052 @node Vector Analysis Tutorial, Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3053 @subsection Vector Analysis
3055 @noindent
3056 If you add two vectors, the result is a vector of the sums of the
3057 elements, taken pairwise.
3059 @smallexample
3060 @group
3061 1:  [1, 2, 3]     2:  [1, 2, 3]     1:  [8, 8, 3]
3062     .             1:  [7, 6, 0]         .
3063                       .
3065     [1,2,3]  s 1      [7 6 0]  s 2      +
3066 @end group
3067 @end smallexample
3069 @noindent
3070 Note that we can separate the vector elements with either commas or
3071 spaces.  This is true whether we are using incomplete vectors or
3072 algebraic entry.  The @kbd{s 1} and @kbd{s 2} commands save these
3073 vectors so we can easily reuse them later.
3075 If you multiply two vectors, the result is the sum of the products
3076 of the elements taken pairwise.  This is called the @dfn{dot product}
3077 of the vectors.
3079 @smallexample
3080 @group
3081 2:  [1, 2, 3]     1:  19
3082 1:  [7, 6, 0]         .
3083     .
3085     r 1 r 2           *
3086 @end group
3087 @end smallexample
3089 @cindex Dot product
3090 The dot product of two vectors is equal to the product of their
3091 lengths times the cosine of the angle between them.  (Here the vector
3092 is interpreted as a line from the origin @expr{(0,0,0)} to the
3093 specified point in three-dimensional space.)  The @kbd{A}
3094 (absolute value) command can be used to compute the length of a
3095 vector.
3097 @smallexample
3098 @group
3099 3:  19            3:  19          1:  0.550782    1:  56.579
3100 2:  [1, 2, 3]     2:  3.741657        .               .
3101 1:  [7, 6, 0]     1:  9.219544
3102     .                 .
3104     M-@key{RET}             M-2 A          * /             I C
3105 @end group
3106 @end smallexample
3108 @noindent
3109 First we recall the arguments to the dot product command, then
3110 we compute the absolute values of the top two stack entries to
3111 obtain the lengths of the vectors, then we divide the dot product
3112 by the product of the lengths to get the cosine of the angle.
3113 The inverse cosine finds that the angle between the vectors
3114 is about 56 degrees.
3116 @cindex Cross product
3117 @cindex Perpendicular vectors
3118 The @dfn{cross product} of two vectors is a vector whose length
3119 is the product of the lengths of the inputs times the sine of the
3120 angle between them, and whose direction is perpendicular to both
3121 input vectors.  Unlike the dot product, the cross product is
3122 defined only for three-dimensional vectors.  Let's double-check
3123 our computation of the angle using the cross product.
3125 @smallexample
3126 @group
3127 2:  [1, 2, 3]  3:  [-18, 21, -8]  1:  [-0.52, 0.61, -0.23]  1:  56.579
3128 1:  [7, 6, 0]  2:  [1, 2, 3]          .                         .
3129     .          1:  [7, 6, 0]
3130                    .
3132     r 1 r 2        V C  s 3  M-@key{RET}    M-2 A * /                 A I S
3133 @end group
3134 @end smallexample
3136 @noindent
3137 First we recall the original vectors and compute their cross product,
3138 which we also store for later reference.  Now we divide the vector
3139 by the product of the lengths of the original vectors.  The length of
3140 this vector should be the sine of the angle; sure enough, it is!
3142 @c [fix-ref General Mode Commands]
3143 Vector-related commands generally begin with the @kbd{v} prefix key.
3144 Some are uppercase letters and some are lowercase.  To make it easier
3145 to type these commands, the shift-@kbd{V} prefix key acts the same as
3146 the @kbd{v} key.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to make all
3147 prefix keys have this property.)
3149 If we take the dot product of two perpendicular vectors we expect
3150 to get zero, since the cosine of 90 degrees is zero.  Let's check
3151 that the cross product is indeed perpendicular to both inputs:
3153 @smallexample
3154 @group
3155 2:  [1, 2, 3]      1:  0          2:  [7, 6, 0]      1:  0
3156 1:  [-18, 21, -8]      .          1:  [-18, 21, -8]      .
3157     .                                 .
3159     r 1 r 3            *          @key{DEL} r 2 r 3            *
3160 @end group
3161 @end smallexample
3163 @cindex Normalizing a vector
3164 @cindex Unit vectors
3165 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Given a vector on the top of the
3166 stack, what keystrokes would you use to @dfn{normalize} the
3167 vector, i.e., to reduce its length to one without changing its
3168 direction?  @xref{Vector Answer 1, 1}. (@bullet{})
3170 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Suppose a certain particle can be
3171 at any of several positions along a ruler.  You have a list of
3172 those positions in the form of a vector, and another list of the
3173 probabilities for the particle to be at the corresponding positions.
3174 Find the average position of the particle.
3175 @xref{Vector Answer 2, 2}. (@bullet{})
3177 @node Matrix Tutorial, List Tutorial, Vector Analysis Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3178 @subsection Matrices
3180 @noindent
3181 A @dfn{matrix} is just a vector of vectors, all the same length.
3182 This means you can enter a matrix using nested brackets.  You can
3183 also use the semicolon character to enter a matrix.  We'll show
3184 both methods here:
3186 @smallexample
3187 @group
3188 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3189       [ 4, 5, 6 ] ]                 [ 4, 5, 6 ] ]
3190     .                             .
3192   [[1 2 3] [4 5 6]]             ' [1 2 3; 4 5 6] @key{RET}
3193 @end group
3194 @end smallexample
3196 @noindent
3197 We'll be using this matrix again, so type @kbd{s 4} to save it now.
3199 Note that semicolons work with incomplete vectors, but they work
3200 better in algebraic entry.  That's why we use the apostrophe in
3201 the second example.
3203 When two matrices are multiplied, the lefthand matrix must have
3204 the same number of columns as the righthand matrix has rows.
3205 Row @expr{i}, column @expr{j} of the result is effectively the
3206 dot product of row @expr{i} of the left matrix by column @expr{j}
3207 of the right matrix.
3209 If we try to duplicate this matrix and multiply it by itself,
3210 the dimensions are wrong and the multiplication cannot take place:
3212 @smallexample
3213 @group
3214 1:  [ [ 1, 2, 3 ]   * [ [ 1, 2, 3 ]
3215       [ 4, 5, 6 ] ]     [ 4, 5, 6 ] ]
3216     .
3218     @key{RET} *
3219 @end group
3220 @end smallexample
3222 @noindent
3223 Though rather hard to read, this is a formula which shows the product
3224 of two matrices.  The @samp{*} function, having invalid arguments, has
3225 been left in symbolic form.
3227 We can multiply the matrices if we @dfn{transpose} one of them first.
3229 @smallexample
3230 @group
3231 2:  [ [ 1, 2, 3 ]       1:  [ [ 14, 32 ]      1:  [ [ 17, 22, 27 ]
3232       [ 4, 5, 6 ] ]           [ 32, 77 ] ]          [ 22, 29, 36 ]
3233 1:  [ [ 1, 4 ]              .                       [ 27, 36, 45 ] ]
3234       [ 2, 5 ]                                    .
3235       [ 3, 6 ] ]
3236     .
3238     U v t                   *                     U @key{TAB} *
3239 @end group
3240 @end smallexample
3242 Matrix multiplication is not commutative; indeed, switching the
3243 order of the operands can even change the dimensions of the result
3244 matrix, as happened here!
3246 If you multiply a plain vector by a matrix, it is treated as a
3247 single row or column depending on which side of the matrix it is
3248 on.  The result is a plain vector which should also be interpreted
3249 as a row or column as appropriate.
3251 @smallexample
3252 @group
3253 2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [14, 32]
3254       [ 4, 5, 6 ] ]        .
3255 1:  [1, 2, 3]
3256     .
3258     r 4 r 1                *
3259 @end group
3260 @end smallexample
3262 Multiplying in the other order wouldn't work because the number of
3263 rows in the matrix is different from the number of elements in the
3264 vector.
3266 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Use @samp{*} to sum along the rows
3267 of the above 
3268 @texline @math{2\times3}
3269 @infoline 2x3 
3270 matrix to get @expr{[6, 15]}.  Now use @samp{*} to sum along the columns
3271 to get @expr{[5, 7, 9]}. 
3272 @xref{Matrix Answer 1, 1}. (@bullet{})
3274 @cindex Identity matrix
3275 An @dfn{identity matrix} is a square matrix with ones along the
3276 diagonal and zeros elsewhere.  It has the property that multiplication
3277 by an identity matrix, on the left or on the right, always produces
3278 the original matrix.
3280 @smallexample
3281 @group
3282 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      2:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [ 1, 2, 3 ]
3283       [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]          [ 4, 5, 6 ] ]
3284     .                  1:  [ [ 1, 0, 0 ]          .
3285                              [ 0, 1, 0 ]
3286                              [ 0, 0, 1 ] ]
3287                            .
3289     r 4                    v i 3 @key{RET}              *
3290 @end group
3291 @end smallexample
3293 If a matrix is square, it is often possible to find its @dfn{inverse},
3294 that is, a matrix which, when multiplied by the original matrix, yields
3295 an identity matrix.  The @kbd{&} (reciprocal) key also computes the
3296 inverse of a matrix.
3298 @smallexample
3299 @group
3300 1:  [ [ 1, 2, 3 ]      1:  [ [   -2.4,     1.2,   -0.2 ]
3301       [ 4, 5, 6 ]            [    2.8,    -1.4,    0.4 ]
3302       [ 7, 6, 0 ] ]          [ -0.73333, 0.53333, -0.2 ] ]
3303     .                      .
3305     r 4 r 2 |  s 5         &
3306 @end group
3307 @end smallexample
3309 @noindent
3310 The vertical bar @kbd{|} @dfn{concatenates} numbers, vectors, and
3311 matrices together.  Here we have used it to add a new row onto
3312 our matrix to make it square.
3314 We can multiply these two matrices in either order to get an identity.
3316 @smallexample
3317 @group
3318 1:  [ [ 1., 0., 0. ]      1:  [ [ 1., 0., 0. ]
3319       [ 0., 1., 0. ]            [ 0., 1., 0. ]
3320       [ 0., 0., 1. ] ]          [ 0., 0., 1. ] ]
3321     .                         .
3323     M-@key{RET}  *                  U @key{TAB} *
3324 @end group
3325 @end smallexample
3327 @cindex Systems of linear equations
3328 @cindex Linear equations, systems of
3329 Matrix inverses are related to systems of linear equations in algebra.
3330 Suppose we had the following set of equations:
3332 @ifnottex
3333 @group
3334 @example
3335     a + 2b + 3c = 6
3336    4a + 5b + 6c = 2
3337    7a + 6b      = 3
3338 @end example
3339 @end group
3340 @end ifnottex
3341 @tex
3342 \turnoffactive
3343 \beforedisplayh
3344 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3345 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3346    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3347    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3348    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3349   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3350  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3351  7a&+&6b& &  &=3 \cr}
3353 \afterdisplayh
3354 @end tex
3356 @noindent
3357 This can be cast into the matrix equation,
3359 @ifnottex
3360 @group
3361 @example
3362    [ [ 1, 2, 3 ]     [ [ a ]     [ [ 6 ]
3363      [ 4, 5, 6 ]   *   [ b ]   =   [ 2 ]
3364      [ 7, 6, 0 ] ]     [ c ] ]     [ 3 ] ]
3365 @end example
3366 @end group
3367 @end ifnottex
3368 @tex
3369 \turnoffactive
3370 \beforedisplay
3371 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 \cr 4 & 5 & 6 \cr 7 & 6 & 0 }
3372    \times
3373    \pmatrix{ a \cr b \cr c } = \pmatrix{ 6 \cr 2 \cr 3 }
3375 \afterdisplay
3376 @end tex
3378 We can solve this system of equations by multiplying both sides by the
3379 inverse of the matrix.  Calc can do this all in one step:
3381 @smallexample
3382 @group
3383 2:  [6, 2, 3]          1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3384 1:  [ [ 1, 2, 3 ]          .
3385       [ 4, 5, 6 ]
3386       [ 7, 6, 0 ] ]
3387     .
3389     [6,2,3] r 5            /
3390 @end group
3391 @end smallexample
3393 @noindent
3394 The result is the @expr{[a, b, c]} vector that solves the equations.
3395 (Dividing by a square matrix is equivalent to multiplying by its
3396 inverse.)
3398 Let's verify this solution:
3400 @smallexample
3401 @group
3402 2:  [ [ 1, 2, 3 ]                1:  [6., 2., 3.]
3403       [ 4, 5, 6 ]                    .
3404       [ 7, 6, 0 ] ]
3405 1:  [-12.6, 15.2, -3.93333]
3406     .
3408     r 5  @key{TAB}                         *
3409 @end group
3410 @end smallexample
3412 @noindent
3413 Note that we had to be careful about the order in which we multiplied
3414 the matrix and vector.  If we multiplied in the other order, Calc would
3415 assume the vector was a row vector in order to make the dimensions
3416 come out right, and the answer would be incorrect.  If you
3417 don't feel safe letting Calc take either interpretation of your
3418 vectors, use explicit 
3419 @texline @math{N\times1}
3420 @infoline Nx1
3422 @texline @math{1\times N}
3423 @infoline 1xN
3424 matrices instead.  In this case, you would enter the original column
3425 vector as @samp{[[6], [2], [3]]} or @samp{[6; 2; 3]}.
3427 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Algebraic entry allows you to make
3428 vectors and matrices that include variables.  Solve the following
3429 system of equations to get expressions for @expr{x} and @expr{y}
3430 in terms of @expr{a} and @expr{b}.
3432 @ifnottex
3433 @group
3434 @example
3435    x + a y = 6
3436    x + b y = 10
3437 @end example
3438 @end group
3439 @end ifnottex
3440 @tex
3441 \turnoffactive
3442 \beforedisplay
3443 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
3444              x &+ b y = 10}
3446 \afterdisplay
3447 @end tex
3449 @noindent
3450 @xref{Matrix Answer 2, 2}. (@bullet{})
3452 @cindex Least-squares for over-determined systems
3453 @cindex Over-determined systems of equations
3454 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  A system of equations is ``over-determined''
3455 if it has more equations than variables.  It is often the case that
3456 there are no values for the variables that will satisfy all the
3457 equations at once, but it is still useful to find a set of values
3458 which ``nearly'' satisfy all the equations.  In terms of matrix equations,
3459 you can't solve @expr{A X = B} directly because the matrix @expr{A}
3460 is not square for an over-determined system.  Matrix inversion works
3461 only for square matrices.  One common trick is to multiply both sides
3462 on the left by the transpose of @expr{A}:
3463 @ifnottex
3464 @samp{trn(A)*A*X = trn(A)*B}.
3465 @end ifnottex
3466 @tex
3467 \turnoffactive
3468 $A^T A \, X = A^T B$, where $A^T$ is the transpose \samp{trn(A)}.
3469 @end tex
3470 Now 
3471 @texline @math{A^T A}
3472 @infoline @expr{trn(A)*A} 
3473 is a square matrix so a solution is possible.  It turns out that the
3474 @expr{X} vector you compute in this way will be a ``least-squares''
3475 solution, which can be regarded as the ``closest'' solution to the set
3476 of equations.  Use Calc to solve the following over-determined
3477 system:
3479 @ifnottex
3480 @group
3481 @example
3482     a + 2b + 3c = 6
3483    4a + 5b + 6c = 2
3484    7a + 6b      = 3
3485    2a + 4b + 6c = 11
3486 @end example
3487 @end group
3488 @end ifnottex
3489 @tex
3490 \turnoffactive
3491 \beforedisplayh
3492 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
3493 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
3494    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3495    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
3496    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
3497   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
3498  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
3499  7a&+&6b& &  &=3 \cr
3500  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
3502 \afterdisplayh
3503 @end tex
3505 @noindent
3506 @xref{Matrix Answer 3, 3}. (@bullet{})
3508 @node List Tutorial,  , Matrix Tutorial, Vector/Matrix Tutorial
3509 @subsection Vectors as Lists
3511 @noindent
3512 @cindex Lists
3513 Although Calc has a number of features for manipulating vectors and
3514 matrices as mathematical objects, you can also treat vectors as
3515 simple lists of values.  For example, we saw that the @kbd{k f}
3516 command returns a vector which is a list of the prime factors of a
3517 number.
3519 You can pack and unpack stack entries into vectors:
3521 @smallexample
3522 @group
3523 3:  10         1:  [10, 20, 30]     3:  10
3524 2:  20             .                2:  20
3525 1:  30                              1:  30
3526     .                                   .
3528                    M-3 v p              v u
3529 @end group
3530 @end smallexample
3532 You can also build vectors out of consecutive integers, or out
3533 of many copies of a given value:
3535 @smallexample
3536 @group
3537 1:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]    2:  [1, 2, 3, 4]
3538     .               1:  17              1:  [17, 17, 17, 17]
3539                         .                   .
3541     v x 4 @key{RET}           17                  v b 4 @key{RET}
3542 @end group
3543 @end smallexample
3545 You can apply an operator to every element of a vector using the
3546 @dfn{map} command.
3548 @smallexample
3549 @group
3550 1:  [17, 34, 51, 68]   1:  [289, 1156, 2601, 4624]  1:  [17, 34, 51, 68]
3551     .                      .                            .
3553     V M *                  2 V M ^                      V M Q
3554 @end group
3555 @end smallexample
3557 @noindent
3558 In the first step, we multiply the vector of integers by the vector
3559 of 17's elementwise.  In the second step, we raise each element to
3560 the power two.  (The general rule is that both operands must be
3561 vectors of the same length, or else one must be a vector and the
3562 other a plain number.)  In the final step, we take the square root
3563 of each element.
3565 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Compute a vector of powers of two
3566 from 
3567 @texline @math{2^{-4}}
3568 @infoline @expr{2^-4} 
3569 to @expr{2^4}.  @xref{List Answer 1, 1}. (@bullet{})
3571 You can also @dfn{reduce} a binary operator across a vector.
3572 For example, reducing @samp{*} computes the product of all the
3573 elements in the vector:
3575 @smallexample
3576 @group
3577 1:  123123     1:  [3, 7, 11, 13, 41]      1:  123123
3578     .              .                           .
3580     123123         k f                         V R *
3581 @end group
3582 @end smallexample
3584 @noindent
3585 In this example, we decompose 123123 into its prime factors, then
3586 multiply those factors together again to yield the original number.
3588 We could compute a dot product ``by hand'' using mapping and
3589 reduction:
3591 @smallexample
3592 @group
3593 2:  [1, 2, 3]     1:  [7, 12, 0]     1:  19
3594 1:  [7, 6, 0]         .                  .
3595     .
3597     r 1 r 2           V M *              V R +
3598 @end group
3599 @end smallexample
3601 @noindent
3602 Recalling two vectors from the previous section, we compute the
3603 sum of pairwise products of the elements to get the same answer
3604 for the dot product as before.
3606 A slight variant of vector reduction is the @dfn{accumulate} operation,
3607 @kbd{V U}.  This produces a vector of the intermediate results from
3608 a corresponding reduction.  Here we compute a table of factorials:
3610 @smallexample
3611 @group
3612 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]    1:  [1, 2, 6, 24, 120, 720]
3613     .                         .
3615     v x 6 @key{RET}                 V U *
3616 @end group
3617 @end smallexample
3619 Calc allows vectors to grow as large as you like, although it gets
3620 rather slow if vectors have more than about a hundred elements.
3621 Actually, most of the time is spent formatting these large vectors
3622 for display, not calculating on them.  Try the following experiment
3623 (if your computer is very fast you may need to substitute a larger
3624 vector size).
3626 @smallexample
3627 @group
3628 1:  [1, 2, 3, 4, ...      1:  [2, 3, 4, 5, ...
3629     .                         .
3631     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3632 @end group
3633 @end smallexample
3635 Now press @kbd{v .} (the letter @kbd{v}, then a period) and try the
3636 experiment again.  In @kbd{v .} mode, long vectors are displayed
3637 ``abbreviated'' like this:
3639 @smallexample
3640 @group
3641 1:  [1, 2, 3, ..., 500]   1:  [2, 3, 4, ..., 501]
3642     .                         .
3644     v x 500 @key{RET}               1 V M +
3645 @end group
3646 @end smallexample
3648 @noindent
3649 (where now the @samp{...} is actually part of the Calc display).
3650 You will find both operations are now much faster.  But notice that
3651 even in @w{@kbd{v .}} mode, the full vectors are still shown in the Trail.
3652 Type @w{@kbd{t .}} to cause the trail to abbreviate as well, and try the
3653 experiment one more time.  Operations on long vectors are now quite
3654 fast!  (But of course if you use @kbd{t .} you will lose the ability
3655 to get old vectors back using the @kbd{t y} command.)
3657 An easy way to view a full vector when @kbd{v .} mode is active is
3658 to press @kbd{`} (back-quote) to edit the vector; editing always works
3659 with the full, unabbreviated value.
3661 @cindex Least-squares for fitting a straight line
3662 @cindex Fitting data to a line
3663 @cindex Line, fitting data to
3664 @cindex Data, extracting from buffers
3665 @cindex Columns of data, extracting
3666 As a larger example, let's try to fit a straight line to some data,
3667 using the method of least squares.  (Calc has a built-in command for
3668 least-squares curve fitting, but we'll do it by hand here just to
3669 practice working with vectors.)  Suppose we have the following list
3670 of values in a file we have loaded into Emacs:
3672 @smallexample
3673   x        y
3674  ---      ---
3675  1.34    0.234
3676  1.41    0.298
3677  1.49    0.402
3678  1.56    0.412
3679  1.64    0.466
3680  1.73    0.473
3681  1.82    0.601
3682  1.91    0.519
3683  2.01    0.603
3684  2.11    0.637
3685  2.22    0.645
3686  2.33    0.705
3687  2.45    0.917
3688  2.58    1.009
3689  2.71    0.971
3690  2.85    1.062
3691  3.00    1.148
3692  3.15    1.157
3693  3.32    1.354
3694 @end smallexample
3696 @noindent
3697 If you are reading this tutorial in printed form, you will find it
3698 easiest to press @kbd{C-x * i} to enter the on-line Info version of
3699 the manual and find this table there.  (Press @kbd{g}, then type
3700 @kbd{List Tutorial}, to jump straight to this section.)
3702 Position the cursor at the upper-left corner of this table, just
3703 to the left of the @expr{1.34}.  Press @kbd{C-@@} to set the mark.
3704 (On your system this may be @kbd{C-2}, @kbd{C-@key{SPC}}, or @kbd{NUL}.)
3705 Now position the cursor to the lower-right, just after the @expr{1.354}.
3706 You have now defined this region as an Emacs ``rectangle.''  Still
3707 in the Info buffer, type @kbd{C-x * r}.  This command
3708 (@code{calc-grab-rectangle}) will pop you back into the Calculator, with
3709 the contents of the rectangle you specified in the form of a matrix.
3711 @smallexample
3712 @group
3713 1:  [ [ 1.34, 0.234 ]
3714       [ 1.41, 0.298 ]
3715       @dots{}
3716 @end group
3717 @end smallexample
3719 @noindent
3720 (You may wish to use @kbd{v .} mode to abbreviate the display of this
3721 large matrix.)
3723 We want to treat this as a pair of lists.  The first step is to
3724 transpose this matrix into a pair of rows.  Remember, a matrix is
3725 just a vector of vectors.  So we can unpack the matrix into a pair
3726 of row vectors on the stack.
3728 @smallexample
3729 @group
3730 1:  [ [ 1.34,  1.41,  1.49,  ... ]     2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3731       [ 0.234, 0.298, 0.402, ... ] ]   1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3732     .                                      .
3734     v t                                    v u
3735 @end group
3736 @end smallexample
3738 @noindent
3739 Let's store these in quick variables 1 and 2, respectively.
3741 @smallexample
3742 @group
3743 1:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]        .
3744     .
3746     t 2                             t 1
3747 @end group
3748 @end smallexample
3750 @noindent
3751 (Recall that @kbd{t 2} is a variant of @kbd{s 2} that removes the
3752 stored value from the stack.)
3754 In a least squares fit, the slope @expr{m} is given by the formula
3756 @ifnottex
3757 @example
3758 m = (N sum(x y) - sum(x) sum(y)) / (N sum(x^2) - sum(x)^2)
3759 @end example
3760 @end ifnottex
3761 @tex
3762 \turnoffactive
3763 \beforedisplay
3764 $$ m = {N \sum x y - \sum x \sum y  \over
3765         N \sum x^2 - \left( \sum x \right)^2} $$
3766 \afterdisplay
3767 @end tex
3769 @noindent
3770 where 
3771 @texline @math{\sum x}
3772 @infoline @expr{sum(x)} 
3773 represents the sum of all the values of @expr{x}.  While there is an
3774 actual @code{sum} function in Calc, it's easier to sum a vector using a
3775 simple reduction.  First, let's compute the four different sums that
3776 this formula uses.
3778 @smallexample
3779 @group
3780 1:  41.63                 1:  98.0003
3781     .                         .
3783  r 1 V R +   t 3           r 1 2 V M ^ V R +   t 4
3785 @end group
3786 @end smallexample
3787 @noindent
3788 @smallexample
3789 @group
3790 1:  13.613                1:  33.36554
3791     .                         .
3793  r 2 V R +   t 5           r 1 r 2 V M * V R +   t 6
3794 @end group
3795 @end smallexample
3797 @ifnottex
3798 @noindent
3799 These are @samp{sum(x)}, @samp{sum(x^2)}, @samp{sum(y)}, and @samp{sum(x y)},
3800 respectively.  (We could have used @kbd{*} to compute @samp{sum(x^2)} and
3801 @samp{sum(x y)}.)
3802 @end ifnottex
3803 @tex
3804 \turnoffactive
3805 These are $\sum x$, $\sum x^2$, $\sum y$, and $\sum x y$,
3806 respectively.  (We could have used \kbd{*} to compute $\sum x^2$ and
3807 $\sum x y$.)
3808 @end tex
3810 Finally, we also need @expr{N}, the number of data points.  This is just
3811 the length of either of our lists.
3813 @smallexample
3814 @group
3815 1:  19
3816     .
3818  r 1 v l   t 7
3819 @end group
3820 @end smallexample
3822 @noindent
3823 (That's @kbd{v} followed by a lower-case @kbd{l}.)
3825 Now we grind through the formula:
3827 @smallexample
3828 @group
3829 1:  633.94526  2:  633.94526  1:  67.23607
3830     .          1:  566.70919      .
3831                    .
3833  r 7 r 6 *      r 3 r 5 *         -
3835 @end group
3836 @end smallexample
3837 @noindent
3838 @smallexample
3839 @group
3840 2:  67.23607   3:  67.23607   2:  67.23607   1:  0.52141679
3841 1:  1862.0057  2:  1862.0057  1:  128.9488       .
3842     .          1:  1733.0569      .
3843                    .
3845  r 7 r 4 *      r 3 2 ^           -              /   t 8
3846 @end group
3847 @end smallexample
3849 That gives us the slope @expr{m}.  The y-intercept @expr{b} can now
3850 be found with the simple formula,
3852 @ifnottex
3853 @example
3854 b = (sum(y) - m sum(x)) / N
3855 @end example
3856 @end ifnottex
3857 @tex
3858 \turnoffactive
3859 \beforedisplay
3860 $$ b = {\sum y - m \sum x \over N} $$
3861 \afterdisplay
3862 \vskip10pt
3863 @end tex
3865 @smallexample
3866 @group
3867 1:  13.613     2:  13.613     1:  -8.09358   1:  -0.425978
3868     .          1:  21.70658       .              .
3869                    .
3871    r 5            r 8 r 3 *       -              r 7 /   t 9
3872 @end group
3873 @end smallexample
3875 Let's ``plot'' this straight line approximation, 
3876 @texline @math{y \approx m x + b},
3877 @infoline @expr{m x + b}, 
3878 and compare it with the original data.
3880 @smallexample
3881 @group
3882 1:  [0.699, 0.735, ... ]    1:  [0.273, 0.309, ... ]
3883     .                           .
3885     r 1 r 8 *                   r 9 +    s 0
3886 @end group
3887 @end smallexample
3889 @noindent
3890 Notice that multiplying a vector by a constant, and adding a constant
3891 to a vector, can be done without mapping commands since these are
3892 common operations from vector algebra.  As far as Calc is concerned,
3893 we've just been doing geometry in 19-dimensional space!
3895 We can subtract this vector from our original @expr{y} vector to get
3896 a feel for the error of our fit.  Let's find the maximum error:
3898 @smallexample
3899 @group
3900 1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  [0.0387, 0.0112, ... ]   1:  0.0897
3901     .                            .                            .
3903     r 2 -                        V M A                        V R X
3904 @end group
3905 @end smallexample
3907 @noindent
3908 First we compute a vector of differences, then we take the absolute
3909 values of these differences, then we reduce the @code{max} function
3910 across the vector.  (The @code{max} function is on the two-key sequence
3911 @kbd{f x}; because it is so common to use @code{max} in a vector
3912 operation, the letters @kbd{X} and @kbd{N} are also accepted for
3913 @code{max} and @code{min} in this context.  In general, you answer
3914 the @kbd{V M} or @kbd{V R} prompt with the actual key sequence that
3915 invokes the function you want.  You could have typed @kbd{V R f x} or
3916 even @kbd{V R x max @key{RET}} if you had preferred.)
3918 If your system has the GNUPLOT program, you can see graphs of your
3919 data and your straight line to see how well they match.  (If you have
3920 GNUPLOT 3.0 or higher, the following instructions will work regardless
3921 of the kind of display you have.  Some GNUPLOT 2.0, non-X-windows systems
3922 may require additional steps to view the graphs.)
3924 Let's start by plotting the original data.  Recall the ``@var{x}'' and ``@var{y}''
3925 vectors onto the stack and press @kbd{g f}.  This ``fast'' graphing
3926 command does everything you need to do for simple, straightforward
3927 plotting of data.
3929 @smallexample
3930 @group
3931 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3932 1:  [0.234, 0.298, 0.402, ... ]
3933     .
3935     r 1 r 2    g f
3936 @end group
3937 @end smallexample
3939 If all goes well, you will shortly get a new window containing a graph
3940 of the data.  (If not, contact your GNUPLOT or Calc installer to find
3941 out what went wrong.)  In the X window system, this will be a separate
3942 graphics window.  For other kinds of displays, the default is to
3943 display the graph in Emacs itself using rough character graphics.
3944 Press @kbd{q} when you are done viewing the character graphics.
3946 Next, let's add the line we got from our least-squares fit.
3947 @ifinfo
3948 (If you are reading this tutorial on-line while running Calc, typing
3949 @kbd{g a} may cause the tutorial to disappear from its window and be
3950 replaced by a buffer named @samp{*Gnuplot Commands*}.  The tutorial
3951 will reappear when you terminate GNUPLOT by typing @kbd{g q}.) 
3952 @end ifinfo
3954 @smallexample
3955 @group
3956 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]
3957 1:  [0.273, 0.309, 0.351, ... ]
3958     .
3960     @key{DEL} r 0    g a  g p
3961 @end group
3962 @end smallexample
3964 It's not very useful to get symbols to mark the data points on this
3965 second curve; you can type @kbd{g S g p} to remove them.  Type @kbd{g q}
3966 when you are done to remove the X graphics window and terminate GNUPLOT.
3968 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  An earlier exercise showed how to do
3969 least squares fitting to a general system of equations.  Our 19 data
3970 points are really 19 equations of the form @expr{y_i = m x_i + b} for
3971 different pairs of @expr{(x_i,y_i)}.  Use the matrix-transpose method
3972 to solve for @expr{m} and @expr{b}, duplicating the above result.
3973 @xref{List Answer 2, 2}. (@bullet{})
3975 @cindex Geometric mean
3976 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  If the input data do not form a
3977 rectangle, you can use @w{@kbd{C-x * g}} (@code{calc-grab-region})
3978 to grab the data the way Emacs normally works with regions---it reads
3979 left-to-right, top-to-bottom, treating line breaks the same as spaces.
3980 Use this command to find the geometric mean of the following numbers.
3981 (The geometric mean is the @var{n}th root of the product of @var{n} numbers.)
3983 @example
3984 2.3  6  22  15.1  7
3985   15  14  7.5
3986   2.5
3987 @end example
3989 @noindent
3990 The @kbd{C-x * g} command accepts numbers separated by spaces or commas,
3991 with or without surrounding vector brackets.
3992 @xref{List Answer 3, 3}. (@bullet{})
3994 @ifnottex
3995 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
3996 us that the alternating sum of binomial coefficients
3997 @var{n}-choose-0 minus @var{n}-choose-1 plus @var{n}-choose-2, and so
3998 on up to @var{n}-choose-@var{n},
3999 always comes out to zero.  Let's verify this
4000 for @expr{n=6}.
4001 @end ifnottex
4002 @tex
4003 As another example, a theorem about binomial coefficients tells
4004 us that the alternating sum of binomial coefficients
4005 ${n \choose 0} - {n \choose 1} + {n \choose 2} - \cdots \pm {n \choose n}$
4006 always comes out to zero.  Let's verify this
4007 for \cite{n=6}.
4008 @end tex
4010 @smallexample
4011 @group
4012 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]     1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
4013     .                             .
4015     v x 7 @key{RET}                     1 -
4017 @end group
4018 @end smallexample
4019 @noindent
4020 @smallexample
4021 @group
4022 1:  [1, -6, 15, -20, 15, -6, 1]          1:  0
4023     .                                        .
4025     V M ' (-1)^$ choose(6,$) @key{RET}             V R +
4026 @end group
4027 @end smallexample
4029 The @kbd{V M '} command prompts you to enter any algebraic expression
4030 to define the function to map over the vector.  The symbol @samp{$}
4031 inside this expression represents the argument to the function.
4032 The Calculator applies this formula to each element of the vector,
4033 substituting each element's value for the @samp{$} sign(s) in turn.
4035 To define a two-argument function, use @samp{$$} for the first
4036 argument and @samp{$} for the second:  @kbd{V M ' $$-$ @key{RET}} is
4037 equivalent to @kbd{V M -}.  This is analogous to regular algebraic
4038 entry, where @samp{$$} would refer to the next-to-top stack entry
4039 and @samp{$} would refer to the top stack entry, and @kbd{' $$-$ @key{RET}}
4040 would act exactly like @kbd{-}.
4042 Notice that the @kbd{V M '} command has recorded two things in the
4043 trail:  The result, as usual, and also a funny-looking thing marked
4044 @samp{oper} that represents the operator function you typed in.
4045 The function is enclosed in @samp{< >} brackets, and the argument is
4046 denoted by a @samp{#} sign.  If there were several arguments, they
4047 would be shown as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on.  (For example,
4048 @kbd{V M ' $$-$} will put the function @samp{<#1 - #2>} on the
4049 trail.)  This object is a ``nameless function''; you can use nameless
4050 @w{@samp{< >}} notation to answer the @kbd{V M '} prompt if you like.
4051 Nameless function notation has the interesting, occasionally useful
4052 property that a nameless function is not actually evaluated until
4053 it is used.  For example, @kbd{V M ' $+random(2.0)} evaluates
4054 @samp{random(2.0)} once and adds that random number to all elements
4055 of the vector, but @kbd{V M ' <#+random(2.0)>} evaluates the
4056 @samp{random(2.0)} separately for each vector element.
4058 Another group of operators that are often useful with @kbd{V M} are
4059 the relational operators:  @kbd{a =}, for example, compares two numbers
4060 and gives the result 1 if they are equal, or 0 if not.  Similarly,
4061 @w{@kbd{a <}} checks for one number being less than another.
4063 Other useful vector operations include @kbd{v v}, to reverse a
4064 vector end-for-end; @kbd{V S}, to sort the elements of a vector
4065 into increasing order; and @kbd{v r} and @w{@kbd{v c}}, to extract
4066 one row or column of a matrix, or (in both cases) to extract one
4067 element of a plain vector.  With a negative argument, @kbd{v r}
4068 and @kbd{v c} instead delete one row, column, or vector element.
4070 @cindex Divisor functions
4071 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The @expr{k}th @dfn{divisor function}
4072 @tex
4073 $\sigma_k(n)$
4074 @end tex
4075 is the sum of the @expr{k}th powers of all the divisors of an
4076 integer @expr{n}.  Figure out a method for computing the divisor
4077 function for reasonably small values of @expr{n}.  As a test,
4078 the 0th and 1st divisor functions of 30 are 8 and 72, respectively.
4079 @xref{List Answer 4, 4}. (@bullet{})
4081 @cindex Square-free numbers
4082 @cindex Duplicate values in a list
4083 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @kbd{k f} command produces a
4084 list of prime factors for a number.  Sometimes it is important to
4085 know that a number is @dfn{square-free}, i.e., that no prime occurs
4086 more than once in its list of prime factors.  Find a sequence of
4087 keystrokes to tell if a number is square-free; your method should
4088 leave 1 on the stack if it is, or 0 if it isn't.
4089 @xref{List Answer 5, 5}. (@bullet{})
4091 @cindex Triangular lists
4092 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Build a list of lists that looks
4093 like the following diagram.  (You may wish to use the @kbd{v /}
4094 command to enable multi-line display of vectors.)
4096 @smallexample
4097 @group
4098 1:  [ [1],
4099       [1, 2],
4100       [1, 2, 3],
4101       [1, 2, 3, 4],
4102       [1, 2, 3, 4, 5],
4103       [1, 2, 3, 4, 5, 6] ]
4104 @end group
4105 @end smallexample
4107 @noindent
4108 @xref{List Answer 6, 6}. (@bullet{})
4110 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Build the following list of lists.
4112 @smallexample
4113 @group
4114 1:  [ [0],
4115       [1, 2],
4116       [3, 4, 5],
4117       [6, 7, 8, 9],
4118       [10, 11, 12, 13, 14],
4119       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
4120 @end group
4121 @end smallexample
4123 @noindent
4124 @xref{List Answer 7, 7}. (@bullet{})
4126 @cindex Maximizing a function over a list of values
4127 @c [fix-ref Numerical Solutions]
4128 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  Compute a list of values of Bessel's
4129 @texline @math{J_1(x)}
4130 @infoline @expr{J1} 
4131 function @samp{besJ(1,x)} for @expr{x} from 0 to 5 in steps of 0.25.
4132 Find the value of @expr{x} (from among the above set of values) for
4133 which @samp{besJ(1,x)} is a maximum.  Use an ``automatic'' method,
4134 i.e., just reading along the list by hand to find the largest value
4135 is not allowed!  (There is an @kbd{a X} command which does this kind
4136 of thing automatically; @pxref{Numerical Solutions}.)
4137 @xref{List Answer 8, 8}. (@bullet{})
4139 @cindex Digits, vectors of
4140 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  You are given an integer in the range
4141 @texline @math{0 \le N < 10^m}
4142 @infoline @expr{0 <= N < 10^m} 
4143 for @expr{m=12} (i.e., an integer of less than
4144 twelve digits).  Convert this integer into a vector of @expr{m}
4145 digits, each in the range from 0 to 9.  In vector-of-digits notation,
4146 add one to this integer to produce a vector of @expr{m+1} digits
4147 (since there could be a carry out of the most significant digit).
4148 Convert this vector back into a regular integer.  A good integer
4149 to try is 25129925999.  @xref{List Answer 9, 9}. (@bullet{})
4151 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Your friend Joe tried to use
4152 @kbd{V R a =} to test if all numbers in a list were equal.  What
4153 happened?  How would you do this test?  @xref{List Answer 10, 10}. (@bullet{})
4155 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The area of a circle of radius one
4156 is @cpi{}.  The area of the 
4157 @texline @math{2\times2}
4158 @infoline 2x2
4159 square that encloses that circle is 4.  So if we throw @var{n} darts at
4160 random points in the square, about @cpiover{4} of them will land inside
4161 the circle.  This gives us an entertaining way to estimate the value of 
4162 @cpi{}.  The @w{@kbd{k r}}
4163 command picks a random number between zero and the value on the stack.
4164 We could get a random floating-point number between @mathit{-1} and 1 by typing
4165 @w{@kbd{2.0 k r 1 -}}.  Build a vector of 100 random @expr{(x,y)} points in
4166 this square, then use vector mapping and reduction to count how many
4167 points lie inside the unit circle.  Hint:  Use the @kbd{v b} command.
4168 @xref{List Answer 11, 11}. (@bullet{})
4170 @cindex Matchstick problem
4171 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  The @dfn{matchstick problem} provides
4172 another way to calculate @cpi{}.  Say you have an infinite field
4173 of vertical lines with a spacing of one inch.  Toss a one-inch matchstick
4174 onto the field.  The probability that the matchstick will land crossing
4175 a line turns out to be 
4176 @texline @math{2/\pi}.
4177 @infoline @expr{2/pi}.  
4178 Toss 100 matchsticks to estimate @cpi{}.  (If you want still more fun,
4179 the probability that the GCD (@w{@kbd{k g}}) of two large integers is
4180 one turns out to be 
4181 @texline @math{6/\pi^2}.
4182 @infoline @expr{6/pi^2}.
4183 That provides yet another way to estimate @cpi{}.)
4184 @xref{List Answer 12, 12}. (@bullet{})
4186 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  An algebraic entry of a string in
4187 double-quote marks, @samp{"hello"}, creates a vector of the numerical
4188 (ASCII) codes of the characters (here, @expr{[104, 101, 108, 108, 111]}).
4189 Sometimes it is convenient to compute a @dfn{hash code} of a string,
4190 which is just an integer that represents the value of that string.
4191 Two equal strings have the same hash code; two different strings
4192 @dfn{probably} have different hash codes.  (For example, Calc has
4193 over 400 function names, but Emacs can quickly find the definition for
4194 any given name because it has sorted the functions into ``buckets'' by
4195 their hash codes.  Sometimes a few names will hash into the same bucket,
4196 but it is easier to search among a few names than among all the names.)
4197 One popular hash function is computed as follows:  First set @expr{h = 0}.
4198 Then, for each character from the string in turn, set @expr{h = 3h + c_i}
4199 where @expr{c_i} is the character's ASCII code.  If we have 511 buckets,
4200 we then take the hash code modulo 511 to get the bucket number.  Develop a
4201 simple command or commands for converting string vectors into hash codes.
4202 The hash code for @samp{"Testing, 1, 2, 3"} is 1960915098, which modulo
4203 511 is 121.  @xref{List Answer 13, 13}. (@bullet{})
4205 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  The @kbd{H V R} and @kbd{H V U}
4206 commands do nested function evaluations.  @kbd{H V U} takes a starting
4207 value and a number of steps @var{n} from the stack; it then applies the
4208 function you give to the starting value 0, 1, 2, up to @var{n} times
4209 and returns a vector of the results.  Use this command to create a
4210 ``random walk'' of 50 steps.  Start with the two-dimensional point
4211 @expr{(0,0)}; then take one step a random distance between @mathit{-1} and 1
4212 in both @expr{x} and @expr{y}; then take another step, and so on.  Use the
4213 @kbd{g f} command to display this random walk.  Now modify your random
4214 walk to walk a unit distance, but in a random direction, at each step.
4215 (Hint:  The @code{sincos} function returns a vector of the cosine and
4216 sine of an angle.)  @xref{List Answer 14, 14}. (@bullet{})
4218 @node Types Tutorial, Algebra Tutorial, Vector/Matrix Tutorial, Tutorial
4219 @section Types Tutorial
4221 @noindent
4222 Calc understands a variety of data types as well as simple numbers.
4223 In this section, we'll experiment with each of these types in turn.
4225 The numbers we've been using so far have mainly been either @dfn{integers}
4226 or @dfn{floats}.  We saw that floats are usually a good approximation to
4227 the mathematical concept of real numbers, but they are only approximations
4228 and are susceptible to roundoff error.  Calc also supports @dfn{fractions},
4229 which can exactly represent any rational number.
4231 @smallexample
4232 @group
4233 1:  3628800    2:  3628800    1:  518400:7   1:  518414:7   1:  7:518414
4234     .          1:  49             .              .              .
4235                    .
4237     10 !           49 @key{RET}         :              2 +            &
4238 @end group
4239 @end smallexample
4241 @noindent
4242 The @kbd{:} command divides two integers to get a fraction; @kbd{/}
4243 would normally divide integers to get a floating-point result.
4244 Notice we had to type @key{RET} between the @kbd{49} and the @kbd{:}
4245 since the @kbd{:} would otherwise be interpreted as part of a
4246 fraction beginning with 49.
4248 You can convert between floating-point and fractional format using
4249 @kbd{c f} and @kbd{c F}:
4251 @smallexample
4252 @group
4253 1:  1.35027217629e-5    1:  7:518414
4254     .                       .
4256     c f                     c F
4257 @end group
4258 @end smallexample
4260 The @kbd{c F} command replaces a floating-point number with the
4261 ``simplest'' fraction whose floating-point representation is the
4262 same, to within the current precision.
4264 @smallexample
4265 @group
4266 1:  3.14159265359   1:  1146408:364913   1:  3.1416   1:  355:113
4267     .                   .                    .            .
4269     P                   c F      @key{DEL}       p 5 @key{RET} P      c F
4270 @end group
4271 @end smallexample
4273 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  A calculation has produced the
4274 result 1.26508260337.  You suspect it is the square root of the
4275 product of @cpi{} and some rational number.  Is it?  (Be sure
4276 to allow for roundoff error!)  @xref{Types Answer 1, 1}. (@bullet{})
4278 @dfn{Complex numbers} can be stored in both rectangular and polar form.
4280 @smallexample
4281 @group
4282 1:  -9     1:  (0, 3)    1:  (3; 90.)   1:  (6; 90.)   1:  (2.4495; 45.)
4283     .          .             .              .              .
4285     9 n        Q             c p            2 *            Q
4286 @end group
4287 @end smallexample
4289 @noindent
4290 The square root of @mathit{-9} is by default rendered in rectangular form
4291 (@w{@expr{0 + 3i}}), but we can convert it to polar form (3 with a
4292 phase angle of 90 degrees).  All the usual arithmetic and scientific
4293 operations are defined on both types of complex numbers.
4295 Another generalized kind of number is @dfn{infinity}.  Infinity
4296 isn't really a number, but it can sometimes be treated like one.
4297 Calc uses the symbol @code{inf} to represent positive infinity,
4298 i.e., a value greater than any real number.  Naturally, you can
4299 also write @samp{-inf} for minus infinity, a value less than any
4300 real number.  The word @code{inf} can only be input using
4301 algebraic entry.
4303 @smallexample
4304 @group
4305 2:  inf        2:  -inf       2:  -inf       2:  -inf       1:  nan
4306 1:  -17        1:  -inf       1:  -inf       1:  inf            .
4307     .              .              .              .
4309 ' inf @key{RET} 17 n     *  @key{RET}         72 +           A              +
4310 @end group
4311 @end smallexample
4313 @noindent
4314 Since infinity is infinitely large, multiplying it by any finite
4315 number (like @mathit{-17}) has no effect, except that since @mathit{-17}
4316 is negative, it changes a plus infinity to a minus infinity.
4317 (``A huge positive number, multiplied by @mathit{-17}, yields a huge
4318 negative number.'')  Adding any finite number to infinity also
4319 leaves it unchanged.  Taking an absolute value gives us plus
4320 infinity again.  Finally, we add this plus infinity to the minus
4321 infinity we had earlier.  If you work it out, you might expect
4322 the answer to be @mathit{-72} for this.  But the 72 has been completely
4323 lost next to the infinities; by the time we compute @w{@samp{inf - inf}}
4324 the finite difference between them, if any, is undetectable.
4325 So we say the result is @dfn{indeterminate}, which Calc writes
4326 with the symbol @code{nan} (for Not A Number).
4328 Dividing by zero is normally treated as an error, but you can get
4329 Calc to write an answer in terms of infinity by pressing @kbd{m i}
4330 to turn on Infinite mode.
4332 @smallexample
4333 @group
4334 3:  nan        2:  nan        2:  nan        2:  nan        1:  nan
4335 2:  1          1:  1 / 0      1:  uinf       1:  uinf           .
4336 1:  0              .              .              .
4337     .
4339   1 @key{RET} 0          /       m i    U /            17 n *         +
4340 @end group
4341 @end smallexample
4343 @noindent
4344 Dividing by zero normally is left unevaluated, but after @kbd{m i}
4345 it instead gives an infinite result.  The answer is actually
4346 @code{uinf}, ``undirected infinity.''  If you look at a graph of
4347 @expr{1 / x} around @w{@expr{x = 0}}, you'll see that it goes toward
4348 plus infinity as you approach zero from above, but toward minus
4349 infinity as you approach from below.  Since we said only @expr{1 / 0},
4350 Calc knows that the answer is infinite but not in which direction.
4351 That's what @code{uinf} means.  Notice that multiplying @code{uinf}
4352 by a negative number still leaves plain @code{uinf}; there's no
4353 point in saying @samp{-uinf} because the sign of @code{uinf} is
4354 unknown anyway.  Finally, we add @code{uinf} to our @code{nan},
4355 yielding @code{nan} again.  It's easy to see that, because
4356 @code{nan} means ``totally unknown'' while @code{uinf} means
4357 ``unknown sign but known to be infinite,'' the more mysterious
4358 @code{nan} wins out when it is combined with @code{uinf}, or, for
4359 that matter, with anything else.
4361 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Predict what Calc will answer
4362 for each of these formulas:  @samp{inf / inf}, @samp{exp(inf)},
4363 @samp{exp(-inf)}, @samp{sqrt(-inf)}, @samp{sqrt(uinf)},
4364 @samp{abs(uinf)}, @samp{ln(0)}.
4365 @xref{Types Answer 2, 2}. (@bullet{})
4367 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  We saw that @samp{inf - inf = nan},
4368 which stands for an unknown value.  Can @code{nan} stand for
4369 a complex number?  Can it stand for infinity?
4370 @xref{Types Answer 3, 3}. (@bullet{})
4372 @dfn{HMS forms} represent a value in terms of hours, minutes, and
4373 seconds.
4375 @smallexample
4376 @group
4377 1:  2@@ 30' 0"     1:  3@@ 30' 0"     2:  3@@ 30' 0"     1:  2.
4378     .                 .             1:  1@@ 45' 0."        .
4379                                         .
4381   2@@ 30' @key{RET}          1 +               @key{RET} 2 /           /
4382 @end group
4383 @end smallexample
4385 HMS forms can also be used to hold angles in degrees, minutes, and
4386 seconds.
4388 @smallexample
4389 @group
4390 1:  0.5        1:  26.56505   1:  26@@ 33' 54.18"    1:  0.44721
4391     .              .              .                     .
4393     0.5            I T            c h                   S
4394 @end group
4395 @end smallexample
4397 @noindent
4398 First we convert the inverse tangent of 0.5 to degrees-minutes-seconds
4399 form, then we take the sine of that angle.  Note that the trigonometric
4400 functions will accept HMS forms directly as input.
4402 @cindex Beatles
4403 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  The Beatles' @emph{Abbey Road} is
4404 47 minutes and 26 seconds long, and contains 17 songs.  What is the
4405 average length of a song on @emph{Abbey Road}?  If the Extended Disco
4406 Version of @emph{Abbey Road} added 20 seconds to the length of each
4407 song, how long would the album be?  @xref{Types Answer 4, 4}. (@bullet{})
4409 A @dfn{date form} represents a date, or a date and time.  Dates must
4410 be entered using algebraic entry.  Date forms are surrounded by
4411 @samp{< >} symbols; most standard formats for dates are recognized.
4413 @smallexample
4414 @group
4415 2:  <Sun Jan 13, 1991>                    1:  2.25
4416 1:  <6:00pm Thu Jan 10, 1991>                 .
4417     .
4419 ' <13 Jan 1991>, <1/10/91, 6pm> @key{RET}           -
4420 @end group
4421 @end smallexample
4423 @noindent
4424 In this example, we enter two dates, then subtract to find the
4425 number of days between them.  It is also possible to add an
4426 HMS form or a number (of days) to a date form to get another
4427 date form.
4429 @smallexample
4430 @group
4431 1:  <4:45:59pm Mon Jan 14, 1991>     1:  <2:50:59am Thu Jan 17, 1991>
4432     .                                    .
4434     t N                                  2 + 10@@ 5' +
4435 @end group
4436 @end smallexample
4438 @c [fix-ref Date Arithmetic]
4439 @noindent
4440 The @kbd{t N} (``now'') command pushes the current date and time on the
4441 stack; then we add two days, ten hours and five minutes to the date and
4442 time.  Other date-and-time related commands include @kbd{t J}, which
4443 does Julian day conversions, @kbd{t W}, which finds the beginning of
4444 the week in which a date form lies, and @kbd{t I}, which increments a
4445 date by one or several months.  @xref{Date Arithmetic}, for more.
4447 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  How many days until the next
4448 Friday the 13th?  @xref{Types Answer 5, 5}. (@bullet{})
4450 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  How many leap years will there be
4451 between now and the year 10001 A.D.?  @xref{Types Answer 6, 6}. (@bullet{})
4453 @cindex Slope and angle of a line
4454 @cindex Angle and slope of a line
4455 An @dfn{error form} represents a mean value with an attached standard
4456 deviation, or error estimate.  Suppose our measurements indicate that
4457 a certain telephone pole is about 30 meters away, with an estimated
4458 error of 1 meter, and 8 meters tall, with an estimated error of 0.2
4459 meters.  What is the slope of a line from here to the top of the
4460 pole, and what is the equivalent angle in degrees?
4462 @smallexample
4463 @group
4464 1:  8 +/- 0.2    2:  8 +/- 0.2   1:  0.266 +/- 0.011   1:  14.93 +/- 0.594
4465     .            1:  30 +/- 1        .                     .
4466                      .
4468     8 p .2 @key{RET}       30 p 1          /                     I T
4469 @end group
4470 @end smallexample
4472 @noindent
4473 This means that the angle is about 15 degrees, and, assuming our
4474 original error estimates were valid standard deviations, there is about
4475 a 60% chance that the result is correct within 0.59 degrees.
4477 @cindex Torus, volume of
4478 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  The volume of a torus (a donut shape) is
4479 @texline @math{2 \pi^2 R r^2}
4480 @infoline @w{@expr{2 pi^2 R r^2}} 
4481 where @expr{R} is the radius of the circle that
4482 defines the center of the tube and @expr{r} is the radius of the tube
4483 itself.  Suppose @expr{R} is 20 cm and @expr{r} is 4 cm, each known to
4484 within 5 percent.  What is the volume and the relative uncertainty of
4485 the volume?  @xref{Types Answer 7, 7}. (@bullet{})
4487 An @dfn{interval form} represents a range of values.  While an
4488 error form is best for making statistical estimates, intervals give
4489 you exact bounds on an answer.  Suppose we additionally know that
4490 our telephone pole is definitely between 28 and 31 meters away,
4491 and that it is between 7.7 and 8.1 meters tall.
4493 @smallexample
4494 @group
4495 1:  [7.7 .. 8.1]  2:  [7.7 .. 8.1]  1:  [0.24 .. 0.28]  1:  [13.9 .. 16.1]
4496     .             1:  [28 .. 31]        .                   .
4497                       .
4499   [ 7.7 .. 8.1 ]    [ 28 .. 31 ]        /                   I T
4500 @end group
4501 @end smallexample
4503 @noindent
4504 If our bounds were correct, then the angle to the top of the pole
4505 is sure to lie in the range shown.
4507 The square brackets around these intervals indicate that the endpoints
4508 themselves are allowable values.  In other words, the distance to the
4509 telephone pole is between 28 and 31, @emph{inclusive}.  You can also
4510 make an interval that is exclusive of its endpoints by writing
4511 parentheses instead of square brackets.  You can even make an interval
4512 which is inclusive (``closed'') on one end and exclusive (``open'') on
4513 the other.
4515 @smallexample
4516 @group
4517 1:  [1 .. 10)    1:  (0.1 .. 1]   2:  (0.1 .. 1]   1:  (0.2 .. 3)
4518     .                .            1:  [2 .. 3)         .
4519                                       .
4521   [ 1 .. 10 )        &              [ 2 .. 3 )         *
4522 @end group
4523 @end smallexample
4525 @noindent
4526 The Calculator automatically keeps track of which end values should
4527 be open and which should be closed.  You can also make infinite or
4528 semi-infinite intervals by using @samp{-inf} or @samp{inf} for one
4529 or both endpoints.
4531 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  What answer would you expect from
4532 @samp{@w{1 /} @w{(0 .. 10)}}?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 0)}}?  What
4533 about @samp{@w{1 /} @w{[0 .. 10]}} (where the interval actually includes
4534 zero)?  What about @samp{@w{1 /} @w{(-10 .. 10)}}?
4535 @xref{Types Answer 8, 8}. (@bullet{})
4537 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  Two easy ways of squaring a number
4538 are @kbd{@key{RET} *} and @w{@kbd{2 ^}}.  Normally these produce the same
4539 answer.  Would you expect this still to hold true for interval forms?
4540 If not, which of these will result in a larger interval?
4541 @xref{Types Answer 9, 9}. (@bullet{})
4543 A @dfn{modulo form} is used for performing arithmetic modulo @var{m}.
4544 For example, arithmetic involving time is generally done modulo 12
4545 or 24 hours.
4547 @smallexample
4548 @group
4549 1:  17 mod 24    1:  3 mod 24     1:  21 mod 24    1:  9 mod 24
4550     .                .                .                .
4552     17 M 24 @key{RET}      10 +             n                5 /
4553 @end group
4554 @end smallexample
4556 @noindent
4557 In this last step, Calc has divided by 5 modulo 24; i.e., it has found a
4558 new number which, when multiplied by 5 modulo 24, produces the original
4559 number, 21.  If @var{m} is prime and the divisor is not a multiple of
4560 @var{m}, it is always possible to find such a number.  For non-prime
4561 @var{m} like 24, it is only sometimes possible. 
4563 @smallexample
4564 @group
4565 1:  10 mod 24    1:  16 mod 24    1:  1000000...   1:  16
4566     .                .                .                .
4568     10 M 24 @key{RET}      100 ^            10 @key{RET} 100 ^     24 %
4569 @end group
4570 @end smallexample
4572 @noindent
4573 These two calculations get the same answer, but the first one is
4574 much more efficient because it avoids the huge intermediate value
4575 that arises in the second one.
4577 @cindex Fermat, primality test of
4578 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  A theorem of Pierre de Fermat
4579 says that 
4580 @texline @w{@math{x^{n-1} \bmod n = 1}}
4581 @infoline @expr{x^(n-1) mod n = 1}
4582 if @expr{n} is a prime number and @expr{x} is an integer less than
4583 @expr{n}.  If @expr{n} is @emph{not} a prime number, this will
4584 @emph{not} be true for most values of @expr{x}.  Thus we can test
4585 informally if a number is prime by trying this formula for several
4586 values of @expr{x}.  Use this test to tell whether the following numbers
4587 are prime: 811749613, 15485863.  @xref{Types Answer 10, 10}. (@bullet{})
4589 It is possible to use HMS forms as parts of error forms, intervals,
4590 modulo forms, or as the phase part of a polar complex number.
4591 For example, the @code{calc-time} command pushes the current time
4592 of day on the stack as an HMS/modulo form.
4594 @smallexample
4595 @group
4596 1:  17@@ 34' 45" mod 24@@ 0' 0"     1:  6@@ 22' 15" mod 24@@ 0' 0"
4597     .                                 .
4599     x time @key{RET}                        n
4600 @end group
4601 @end smallexample
4603 @noindent
4604 This calculation tells me it is six hours and 22 minutes until midnight.
4606 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  A rule of thumb is that one year
4607 is about 
4608 @texline @math{\pi \times 10^7}
4609 @infoline @w{@expr{pi * 10^7}} 
4610 seconds.  What time will it be that many seconds from right now?
4611 @xref{Types Answer 11, 11}. (@bullet{})
4613 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  You are preparing to order packaging
4614 for the CD release of the Extended Disco Version of @emph{Abbey Road}.
4615 You are told that the songs will actually be anywhere from 20 to 60
4616 seconds longer than the originals.  One CD can hold about 75 minutes
4617 of music.  Should you order single or double packages?
4618 @xref{Types Answer 12, 12}. (@bullet{})
4620 Another kind of data the Calculator can manipulate is numbers with
4621 @dfn{units}.  This isn't strictly a new data type; it's simply an
4622 application of algebraic expressions, where we use variables with
4623 suggestive names like @samp{cm} and @samp{in} to represent units
4624 like centimeters and inches.
4626 @smallexample
4627 @group
4628 1:  2 in        1:  5.08 cm      1:  0.027778 fath   1:  0.0508 m
4629     .               .                .                   .
4631     ' 2in @key{RET}       u c cm @key{RET}       u c fath @key{RET}        u b
4632 @end group
4633 @end smallexample
4635 @noindent
4636 We enter the quantity ``2 inches'' (actually an algebraic expression
4637 which means two times the variable @samp{in}), then we convert it
4638 first to centimeters, then to fathoms, then finally to ``base'' units,
4639 which in this case means meters.
4641 @smallexample
4642 @group
4643 1:  9 acre     1:  3 sqrt(acre)   1:  190.84 m   1:  190.84 m + 30 cm
4644     .              .                  .              .
4646  ' 9 acre @key{RET}      Q                  u s            ' $+30 cm @key{RET}
4648 @end group
4649 @end smallexample
4650 @noindent
4651 @smallexample
4652 @group
4653 1:  191.14 m     1:  36536.3046 m^2    1:  365363046 cm^2
4654     .                .                     .
4656     u s              2 ^                   u c cgs
4657 @end group
4658 @end smallexample
4660 @noindent
4661 Since units expressions are really just formulas, taking the square
4662 root of @samp{acre} is undefined.  After all, @code{acre} might be an
4663 algebraic variable that you will someday assign a value.  We use the
4664 ``units-simplify'' command to simplify the expression with variables
4665 being interpreted as unit names.
4667 In the final step, we have converted not to a particular unit, but to a
4668 units system.  The ``cgs'' system uses centimeters instead of meters
4669 as its standard unit of length.
4671 There is a wide variety of units defined in the Calculator.
4673 @smallexample
4674 @group
4675 1:  55 mph     1:  88.5139 kph   1:   88.5139 km / hr   1:  8.201407e-8 c
4676     .              .                  .                     .
4678  ' 55 mph @key{RET}      u c kph @key{RET}        u c km/hr @key{RET}         u c c @key{RET}
4679 @end group
4680 @end smallexample
4682 @noindent
4683 We express a speed first in miles per hour, then in kilometers per
4684 hour, then again using a slightly more explicit notation, then
4685 finally in terms of fractions of the speed of light.
4687 Temperature conversions are a bit more tricky.  There are two ways to
4688 interpret ``20 degrees Fahrenheit''---it could mean an actual
4689 temperature, or it could mean a change in temperature.  For normal
4690 units there is no difference, but temperature units have an offset
4691 as well as a scale factor and so there must be two explicit commands
4692 for them.
4694 @smallexample
4695 @group
4696 1:  20 degF       1:  11.1111 degC     1:  -20:3 degC    1:  -6.666 degC
4697     .                 .                    .                 .
4699   ' 20 degF @key{RET}       u c degC @key{RET}         U u t degC @key{RET}    c f
4700 @end group
4701 @end smallexample
4703 @noindent
4704 First we convert a change of 20 degrees Fahrenheit into an equivalent
4705 change in degrees Celsius (or Centigrade).  Then, we convert the
4706 absolute temperature 20 degrees Fahrenheit into Celsius.  Since
4707 this comes out as an exact fraction, we then convert to floating-point
4708 for easier comparison with the other result.
4710 For simple unit conversions, you can put a plain number on the stack.
4711 Then @kbd{u c} and @kbd{u t} will prompt for both old and new units.
4712 When you use this method, you're responsible for remembering which
4713 numbers are in which units:
4715 @smallexample
4716 @group
4717 1:  55         1:  88.5139              1:  8.201407e-8
4718     .              .                        .
4720     55             u c mph @key{RET} kph @key{RET}      u c km/hr @key{RET} c @key{RET}
4721 @end group
4722 @end smallexample
4724 To see a complete list of built-in units, type @kbd{u v}.  Press
4725 @w{@kbd{C-x * c}} again to re-enter the Calculator when you're done looking
4726 at the units table.
4728 (@bullet{}) @strong{Exercise 13.}  How many seconds are there really
4729 in a year?  @xref{Types Answer 13, 13}. (@bullet{})
4731 @cindex Speed of light
4732 (@bullet{}) @strong{Exercise 14.}  Supercomputer designs are limited by
4733 the speed of light (and of electricity, which is nearly as fast).
4734 Suppose a computer has a 4.1 ns (nanosecond) clock cycle, and its
4735 cabinet is one meter across.  Is speed of light going to be a
4736 significant factor in its design?  @xref{Types Answer 14, 14}. (@bullet{})
4738 (@bullet{}) @strong{Exercise 15.}  Sam the Slug normally travels about
4739 five yards in an hour.  He has obtained a supply of Power Pills; each
4740 Power Pill he eats doubles his speed.  How many Power Pills can he
4741 swallow and still travel legally on most US highways?
4742 @xref{Types Answer 15, 15}. (@bullet{})
4744 @node Algebra Tutorial, Programming Tutorial, Types Tutorial, Tutorial
4745 @section Algebra and Calculus Tutorial
4747 @noindent
4748 This section shows how to use Calc's algebra facilities to solve
4749 equations, do simple calculus problems, and manipulate algebraic
4750 formulas.
4752 @menu
4753 * Basic Algebra Tutorial::
4754 * Rewrites Tutorial::
4755 @end menu
4757 @node Basic Algebra Tutorial, Rewrites Tutorial, Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
4758 @subsection Basic Algebra
4760 @noindent
4761 If you enter a formula in Algebraic mode that refers to variables,
4762 the formula itself is pushed onto the stack.  You can manipulate
4763 formulas as regular data objects.
4765 @smallexample
4766 @group
4767 1:  2 x^2 - 6       1:  6 - 2 x^2       1:  (6 - 2 x^2) (3 x^2 + y)
4768     .                   .                   .
4770     ' 2x^2-6 @key{RET}        n                   ' 3x^2+y @key{RET} *
4771 @end group
4772 @end smallexample
4774 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Do @kbd{' x @key{RET} Q 2 ^} and
4775 @kbd{' x @key{RET} 2 ^ Q} both wind up with the same result (@samp{x})?
4776 Why or why not?  @xref{Algebra Answer 1, 1}. (@bullet{})
4778 There are also commands for doing common algebraic operations on
4779 formulas.  Continuing with the formula from the last example,
4781 @smallexample
4782 @group
4783 1:  18 x^2 + 6 y - 6 x^4 - 2 x^2 y    1:  (18 - 2 y) x^2 - 6 x^4 + 6 y
4784     .                                     .
4786     a x                                   a c x @key{RET}
4787 @end group
4788 @end smallexample
4790 @noindent
4791 First we ``expand'' using the distributive law, then we ``collect''
4792 terms involving like powers of @expr{x}.
4794 Let's find the value of this expression when @expr{x} is 2 and @expr{y}
4795 is one-half.
4797 @smallexample
4798 @group
4799 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  -25
4800     .                           .
4802     1:2 s l y @key{RET}               2 s l x @key{RET}
4803 @end group
4804 @end smallexample
4806 @noindent
4807 The @kbd{s l} command means ``let''; it takes a number from the top of
4808 the stack and temporarily assigns it as the value of the variable
4809 you specify.  It then evaluates (as if by the @kbd{=} key) the
4810 next expression on the stack.  After this command, the variable goes
4811 back to its original value, if any.
4813 (An earlier exercise in this tutorial involved storing a value in the
4814 variable @code{x}; if this value is still there, you will have to
4815 unstore it with @kbd{s u x @key{RET}} before the above example will work
4816 properly.)
4818 @cindex Maximum of a function using Calculus
4819 Let's find the maximum value of our original expression when @expr{y}
4820 is one-half and @expr{x} ranges over all possible values.  We can
4821 do this by taking the derivative with respect to @expr{x} and examining
4822 values of @expr{x} for which the derivative is zero.  If the second
4823 derivative of the function at that value of @expr{x} is negative,
4824 the function has a local maximum there.
4826 @smallexample
4827 @group
4828 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3      1:  34 x - 24 x^3
4829     .                           .
4831     U @key{DEL}  s 1                  a d x @key{RET}   s 2
4832 @end group
4833 @end smallexample
4835 @noindent
4836 Well, the derivative is clearly zero when @expr{x} is zero.  To find
4837 the other root(s), let's divide through by @expr{x} and then solve:
4839 @smallexample
4840 @group
4841 1:  (34 x - 24 x^3) / x    1:  34 x / x - 24 x^3 / x    1:  34 - 24 x^2
4842     .                          .                            .
4844     ' x @key{RET} /                  a x                          a s
4846 @end group
4847 @end smallexample
4848 @noindent
4849 @smallexample
4850 @group
4851 1:  34 - 24 x^2 = 0        1:  x = 1.19023
4852     .                          .
4854     0 a =  s 3                 a S x @key{RET}
4855 @end group
4856 @end smallexample
4858 @noindent
4859 Notice the use of @kbd{a s} to ``simplify'' the formula.  When the
4860 default algebraic simplifications don't do enough, you can use
4861 @kbd{a s} to tell Calc to spend more time on the job.
4863 Now we compute the second derivative and plug in our values of @expr{x}:
4865 @smallexample
4866 @group
4867 1:  1.19023        2:  1.19023         2:  1.19023
4868     .              1:  34 x - 24 x^3   1:  34 - 72 x^2
4869                        .                   .
4871     a .                r 2                 a d x @key{RET} s 4
4872 @end group
4873 @end smallexample
4875 @noindent
4876 (The @kbd{a .} command extracts just the righthand side of an equation.
4877 Another method would have been to use @kbd{v u} to unpack the equation
4878 @w{@samp{x = 1.19}} to @samp{x} and @samp{1.19}, then use @kbd{M-- M-2 @key{DEL}}
4879 to delete the @samp{x}.)
4881 @smallexample
4882 @group
4883 2:  34 - 72 x^2   1:  -68.         2:  34 - 72 x^2     1:  34
4884 1:  1.19023           .            1:  0                   .
4885     .                                  .
4887     @key{TAB}               s l x @key{RET}        U @key{DEL} 0             s l x @key{RET}
4888 @end group
4889 @end smallexample
4891 @noindent
4892 The first of these second derivatives is negative, so we know the function
4893 has a maximum value at @expr{x = 1.19023}.  (The function also has a
4894 local @emph{minimum} at @expr{x = 0}.)
4896 When we solved for @expr{x}, we got only one value even though
4897 @expr{34 - 24 x^2 = 0} is a quadratic equation that ought to have
4898 two solutions.  The reason is that @w{@kbd{a S}} normally returns a
4899 single ``principal'' solution.  If it needs to come up with an
4900 arbitrary sign (as occurs in the quadratic formula) it picks @expr{+}.
4901 If it needs an arbitrary integer, it picks zero.  We can get a full
4902 solution by pressing @kbd{H} (the Hyperbolic flag) before @kbd{a S}.
4904 @smallexample
4905 @group
4906 1:  34 - 24 x^2 = 0    1:  x = 1.19023 s1      1:  x = -1.19023
4907     .                      .                       .
4909     r 3                    H a S x @key{RET}  s 5        1 n  s l s1 @key{RET}
4910 @end group
4911 @end smallexample
4913 @noindent
4914 Calc has invented the variable @samp{s1} to represent an unknown sign;
4915 it is supposed to be either @mathit{+1} or @mathit{-1}.  Here we have used
4916 the ``let'' command to evaluate the expression when the sign is negative.
4917 If we plugged this into our second derivative we would get the same,
4918 negative, answer, so @expr{x = -1.19023} is also a maximum.
4920 To find the actual maximum value, we must plug our two values of @expr{x}
4921 into the original formula.
4923 @smallexample
4924 @group
4925 2:  17 x^2 - 6 x^4 + 3    1:  24.08333 s1^2 - 12.04166 s1^4 + 3
4926 1:  x = 1.19023 s1            .
4927     .
4929     r 1 r 5                   s l @key{RET}
4930 @end group
4931 @end smallexample
4933 @noindent
4934 (Here we see another way to use @kbd{s l}; if its input is an equation
4935 with a variable on the lefthand side, then @kbd{s l} treats the equation
4936 like an assignment to that variable if you don't give a variable name.)
4938 It's clear that this will have the same value for either sign of
4939 @code{s1}, but let's work it out anyway, just for the exercise:
4941 @smallexample
4942 @group
4943 2:  [-1, 1]              1:  [15.04166, 15.04166]
4944 1:  24.08333 s1^2 ...        .
4945     .
4947   [ 1 n , 1 ] @key{TAB}            V M $ @key{RET}
4948 @end group
4949 @end smallexample
4951 @noindent
4952 Here we have used a vector mapping operation to evaluate the function
4953 at several values of @samp{s1} at once.  @kbd{V M $} is like @kbd{V M '}
4954 except that it takes the formula from the top of the stack.  The
4955 formula is interpreted as a function to apply across the vector at the
4956 next-to-top stack level.  Since a formula on the stack can't contain
4957 @samp{$} signs, Calc assumes the variables in the formula stand for
4958 different arguments.  It prompts you for an @dfn{argument list}, giving
4959 the list of all variables in the formula in alphabetical order as the
4960 default list.  In this case the default is @samp{(s1)}, which is just
4961 what we want so we simply press @key{RET} at the prompt.
4963 If there had been several different values, we could have used
4964 @w{@kbd{V R X}} to find the global maximum.
4966 Calc has a built-in @kbd{a P} command that solves an equation using
4967 @w{@kbd{H a S}} and returns a vector of all the solutions.  It simply
4968 automates the job we just did by hand.  Applied to our original
4969 cubic polynomial, it would produce the vector of solutions
4970 @expr{[1.19023, -1.19023, 0]}.  (There is also an @kbd{a X} command
4971 which finds a local maximum of a function.  It uses a numerical search
4972 method rather than examining the derivatives, and thus requires you
4973 to provide some kind of initial guess to show it where to look.)
4975 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Given a vector of the roots of a
4976 polynomial (such as the output of an @kbd{a P} command), what
4977 sequence of commands would you use to reconstruct the original
4978 polynomial?  (The answer will be unique to within a constant
4979 multiple; choose the solution where the leading coefficient is one.)
4980 @xref{Algebra Answer 2, 2}. (@bullet{})
4982 The @kbd{m s} command enables Symbolic mode, in which formulas
4983 like @samp{sqrt(5)} that can't be evaluated exactly are left in
4984 symbolic form rather than giving a floating-point approximate answer.
4985 Fraction mode (@kbd{m f}) is also useful when doing algebra.
4987 @smallexample
4988 @group
4989 2:  34 x - 24 x^3        2:  34 x - 24 x^3
4990 1:  34 x - 24 x^3        1:  [sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0]
4991     .                        .
4993     r 2  @key{RET}     m s  m f    a P x @key{RET}
4994 @end group
4995 @end smallexample
4997 One more mode that makes reading formulas easier is Big mode.
4999 @smallexample
5000 @group
5001                3
5002 2:  34 x - 24 x
5004       ____   ____
5005      V 51   V 51
5006 1:  [-----, -----, 0]
5007        6     -6
5009     .
5011     d B
5012 @end group
5013 @end smallexample
5015 Here things like powers, square roots, and quotients and fractions
5016 are displayed in a two-dimensional pictorial form.  Calc has other
5017 language modes as well, such as C mode, FORTRAN mode, @TeX{} mode
5018 and La@TeX{} mode.
5020 @smallexample
5021 @group
5022 2:  34*x - 24*pow(x, 3)               2:  34*x - 24*x**3
5023 1:  @{sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0@}  1:  /sqrt(51) / 6, sqrt(51) / -6, 0/
5024     .                                     .
5026     d C                                   d F
5028 @end group
5029 @end smallexample
5030 @noindent
5031 @smallexample
5032 @group
5033 3:  34 x - 24 x^3
5034 2:  [@{\sqrt@{51@} \over 6@}, @{\sqrt@{51@} \over -6@}, 0]
5035 1:  @{2 \over 3@} \sqrt@{5@}
5036     .
5038     d T   ' 2 \sqrt@{5@} \over 3 @key{RET}
5039 @end group
5040 @end smallexample
5042 @noindent
5043 As you can see, language modes affect both entry and display of
5044 formulas.  They affect such things as the names used for built-in
5045 functions, the set of arithmetic operators and their precedences,
5046 and notations for vectors and matrices.
5048 Notice that @samp{sqrt(51)} may cause problems with older
5049 implementations of C and FORTRAN, which would require something more
5050 like @samp{sqrt(51.0)}.  It is always wise to check over the formulas
5051 produced by the various language modes to make sure they are fully
5052 correct.
5054 Type @kbd{m s}, @kbd{m f}, and @kbd{d N} to reset these modes.  (You
5055 may prefer to remain in Big mode, but all the examples in the tutorial
5056 are shown in normal mode.)
5058 @cindex Area under a curve
5059 What is the area under the portion of this curve from @expr{x = 1} to @expr{2}?
5060 This is simply the integral of the function:
5062 @smallexample
5063 @group
5064 1:  17 x^2 - 6 x^4 + 3     1:  5.6666 x^3 - 1.2 x^5 + 3 x
5065     .                          .
5067     r 1                        a i x
5068 @end group
5069 @end smallexample
5071 @noindent
5072 We want to evaluate this at our two values for @expr{x} and subtract.
5073 One way to do it is again with vector mapping and reduction:
5075 @smallexample
5076 @group
5077 2:  [2, 1]            1:  [12.93333, 7.46666]    1:  5.46666
5078 1:  5.6666 x^3 ...        .                          .
5080    [ 2 , 1 ] @key{TAB}          V M $ @key{RET}                  V R -
5081 @end group
5082 @end smallexample
5084 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Find the integral from 1 to @expr{y}
5085 of 
5086 @texline @math{x \sin \pi x}
5087 @infoline @w{@expr{x sin(pi x)}} 
5088 (where the sine is calculated in radians).  Find the values of the
5089 integral for integers @expr{y} from 1 to 5.  @xref{Algebra Answer 3,
5090 3}. (@bullet{})
5092 Calc's integrator can do many simple integrals symbolically, but many
5093 others are beyond its capabilities.  Suppose we wish to find the area
5094 under the curve 
5095 @texline @math{\sin x \ln x}
5096 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5097 over the same range of @expr{x}.  If you entered this formula and typed
5098 @kbd{a i x @key{RET}} (don't bother to try this), Calc would work for a
5099 long time but would be unable to find a solution.  In fact, there is no
5100 closed-form solution to this integral.  Now what do we do?
5102 @cindex Integration, numerical
5103 @cindex Numerical integration
5104 One approach would be to do the integral numerically.  It is not hard
5105 to do this by hand using vector mapping and reduction.  It is rather
5106 slow, though, since the sine and logarithm functions take a long time.
5107 We can save some time by reducing the working precision.
5109 @smallexample
5110 @group
5111 3:  10                  1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9]
5112 2:  1                       .
5113 1:  0.1
5114     .
5116  10 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}        C-u v x
5117 @end group
5118 @end smallexample
5120 @noindent
5121 (Note that we have used the extended version of @kbd{v x}; we could
5122 also have used plain @kbd{v x} as follows:  @kbd{v x 10 @key{RET} 9 + .1 *}.)
5124 @smallexample
5125 @group
5126 2:  [1, 1.1, ... ]              1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
5127 1:  sin(x) ln(x)                    .
5128     .
5130     ' sin(x) ln(x) @key{RET}  s 1    m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
5132 @end group
5133 @end smallexample
5134 @noindent
5135 @smallexample
5136 @group
5137 1:  3.4195     0.34195
5138     .          .
5140     V R +      0.1 *
5141 @end group
5142 @end smallexample
5144 @noindent
5145 (If you got wildly different results, did you remember to switch
5146 to Radians mode?)
5148 Here we have divided the curve into ten segments of equal width;
5149 approximating these segments as rectangular boxes (i.e., assuming
5150 the curve is nearly flat at that resolution), we compute the areas
5151 of the boxes (height times width), then sum the areas.  (It is
5152 faster to sum first, then multiply by the width, since the width
5153 is the same for every box.)
5155 The true value of this integral turns out to be about 0.374, so
5156 we're not doing too well.  Let's try another approach.
5158 @smallexample
5159 @group
5160 1:  sin(x) ln(x)    1:  0.84147 x - 0.84147 + 0.11957 (x - 1)^2 - ...
5161     .                   .
5163     r 1                 a t x=1 @key{RET} 4 @key{RET}
5164 @end group
5165 @end smallexample
5167 @noindent
5168 Here we have computed the Taylor series expansion of the function
5169 about the point @expr{x=1}.  We can now integrate this polynomial
5170 approximation, since polynomials are easy to integrate.
5172 @smallexample
5173 @group
5174 1:  0.42074 x^2 + ...    1:  [-0.0446, -0.42073]      1:  0.3761
5175     .                        .                            .
5177     a i x @key{RET}            [ 2 , 1 ] @key{TAB}  V M $ @key{RET}         V R -
5178 @end group
5179 @end smallexample
5181 @noindent
5182 Better!  By increasing the precision and/or asking for more terms
5183 in the Taylor series, we can get a result as accurate as we like.
5184 (Taylor series converge better away from singularities in the
5185 function such as the one at @code{ln(0)}, so it would also help to
5186 expand the series about the points @expr{x=2} or @expr{x=1.5} instead
5187 of @expr{x=1}.)
5189 @cindex Simpson's rule
5190 @cindex Integration by Simpson's rule
5191 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Our first method approximated the
5192 curve by stairsteps of width 0.1; the total area was then the sum
5193 of the areas of the rectangles under these stairsteps.  Our second
5194 method approximated the function by a polynomial, which turned out
5195 to be a better approximation than stairsteps.  A third method is
5196 @dfn{Simpson's rule}, which is like the stairstep method except
5197 that the steps are not required to be flat.  Simpson's rule boils
5198 down to the formula,
5200 @ifnottex
5201 @example
5202 (h/3) * (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + ...
5203               + 2 f(a+(n-2)*h) + 4 f(a+(n-1)*h) + f(a+n*h))
5204 @end example
5205 @end ifnottex
5206 @tex
5207 \turnoffactive
5208 \beforedisplay
5209 $$ \displaylines{
5210       \qquad {h \over 3} (f(a) + 4 f(a+h) + 2 f(a+2h) + 4 f(a+3h) + \cdots
5211    \hfill \cr \hfill    {} + 2 f(a+(n-2)h) + 4 f(a+(n-1)h) + f(a+n h)) \qquad
5212 } $$
5213 \afterdisplay
5214 @end tex
5216 @noindent
5217 where @expr{n} (which must be even) is the number of slices and @expr{h}
5218 is the width of each slice.  These are 10 and 0.1 in our example.
5219 For reference, here is the corresponding formula for the stairstep
5220 method:
5222 @ifnottex
5223 @example
5224 h * (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + ...
5225           + f(a+(n-2)*h) + f(a+(n-1)*h))
5226 @end example
5227 @end ifnottex
5228 @tex
5229 \turnoffactive
5230 \beforedisplay
5231 $$ h (f(a) + f(a+h) + f(a+2h) + f(a+3h) + \cdots
5232            + f(a+(n-2)h) + f(a+(n-1)h)) $$
5233 \afterdisplay
5234 @end tex
5236 Compute the integral from 1 to 2 of 
5237 @texline @math{\sin x \ln x}
5238 @infoline @expr{sin(x) ln(x)} 
5239 using Simpson's rule with 10 slices.  
5240 @xref{Algebra Answer 4, 4}. (@bullet{})
5242 Calc has a built-in @kbd{a I} command for doing numerical integration.
5243 It uses @dfn{Romberg's method}, which is a more sophisticated cousin
5244 of Simpson's rule.  In particular, it knows how to keep refining the
5245 result until the current precision is satisfied.
5247 @c [fix-ref Selecting Sub-Formulas]
5248 Aside from the commands we've seen so far, Calc also provides a
5249 large set of commands for operating on parts of formulas.  You
5250 indicate the desired sub-formula by placing the cursor on any part
5251 of the formula before giving a @dfn{selection} command.  Selections won't
5252 be covered in the tutorial; @pxref{Selecting Subformulas}, for
5253 details and examples.
5255 @c hard exercise: simplify (2^(n r) - 2^(r*(n - 1))) / (2^r - 1) 2^(n - 1)
5256 @c                to 2^((n-1)*(r-1)).
5258 @node Rewrites Tutorial,  , Basic Algebra Tutorial, Algebra Tutorial
5259 @subsection Rewrite Rules
5261 @noindent
5262 No matter how many built-in commands Calc provided for doing algebra,
5263 there would always be something you wanted to do that Calc didn't have
5264 in its repertoire.  So Calc also provides a @dfn{rewrite rule} system
5265 that you can use to define your own algebraic manipulations.
5267 Suppose we want to simplify this trigonometric formula:
5269 @smallexample
5270 @group
5271 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)
5272     .
5274     ' 1/cos(x) - sin(x) tan(x) @key{RET}   s 1
5275 @end group
5276 @end smallexample
5278 @noindent
5279 If we were simplifying this by hand, we'd probably replace the
5280 @samp{tan} with a @samp{sin/cos} first, then combine over a common
5281 denominator.  There is no Calc command to do the former; the @kbd{a n}
5282 algebra command will do the latter but we'll do both with rewrite
5283 rules just for practice.
5285 Rewrite rules are written with the @samp{:=} symbol.
5287 @smallexample
5288 @group
5289 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)
5290     .
5292     a r tan(a) := sin(a)/cos(a) @key{RET}
5293 @end group
5294 @end smallexample
5296 @noindent
5297 (The ``assignment operator'' @samp{:=} has several uses in Calc.  All
5298 by itself the formula @samp{tan(a) := sin(a)/cos(a)} doesn't do anything,
5299 but when it is given to the @kbd{a r} command, that command interprets
5300 it as a rewrite rule.)
5302 The lefthand side, @samp{tan(a)}, is called the @dfn{pattern} of the
5303 rewrite rule.  Calc searches the formula on the stack for parts that
5304 match the pattern.  Variables in a rewrite pattern are called
5305 @dfn{meta-variables}, and when matching the pattern each meta-variable
5306 can match any sub-formula.  Here, the meta-variable @samp{a} matched
5307 the actual variable @samp{x}.
5309 When the pattern part of a rewrite rule matches a part of the formula,
5310 that part is replaced by the righthand side with all the meta-variables
5311 substituted with the things they matched.  So the result is
5312 @samp{sin(x) / cos(x)}.  Calc's normal algebraic simplifications then
5313 mix this in with the rest of the original formula.
5315 To merge over a common denominator, we can use another simple rule:
5317 @smallexample
5318 @group
5319 1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5320     .
5322     a r a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}
5323 @end group
5324 @end smallexample
5326 This rule points out several interesting features of rewrite patterns.
5327 First, if a meta-variable appears several times in a pattern, it must
5328 match the same thing everywhere.  This rule detects common denominators
5329 because the same meta-variable @samp{x} is used in both of the
5330 denominators.
5332 Second, meta-variable names are independent from variables in the
5333 target formula.  Notice that the meta-variable @samp{x} here matches
5334 the subformula @samp{cos(x)}; Calc never confuses the two meanings of
5335 @samp{x}.
5337 And third, rewrite patterns know a little bit about the algebraic
5338 properties of formulas.  The pattern called for a sum of two quotients;
5339 Calc was able to match a difference of two quotients by matching
5340 @samp{a = 1}, @samp{b = -sin(x)^2}, and @samp{x = cos(x)}.
5342 @c [fix-ref Algebraic Properties of Rewrite Rules]
5343 We could just as easily have written @samp{a/x - b/x := (a-b)/x} for
5344 the rule.  It would have worked just the same in all cases.  (If we
5345 really wanted the rule to apply only to @samp{+} or only to @samp{-},
5346 we could have used the @code{plain} symbol.  @xref{Algebraic Properties
5347 of Rewrite Rules}, for some examples of this.)
5349 One more rewrite will complete the job.  We want to use the identity
5350 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2 = 1}, but of course we must first rearrange
5351 the identity in a way that matches our formula.  The obvious rule
5352 would be @samp{@w{1 - sin(x)^2} := cos(x)^2}, but a little thought shows
5353 that the rule @samp{sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2} will also work.  The
5354 latter rule has a more general pattern so it will work in many other
5355 situations, too.
5357 @smallexample
5358 @group
5359 1:  (1 + cos(x)^2 - 1) / cos(x)           1:  cos(x)
5360     .                                         .
5362     a r sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}          a s
5363 @end group
5364 @end smallexample
5366 You may ask, what's the point of using the most general rule if you
5367 have to type it in every time anyway?  The answer is that Calc allows
5368 you to store a rewrite rule in a variable, then give the variable
5369 name in the @kbd{a r} command.  In fact, this is the preferred way to
5370 use rewrites.  For one, if you need a rule once you'll most likely
5371 need it again later.  Also, if the rule doesn't work quite right you
5372 can simply Undo, edit the variable, and run the rule again without
5373 having to retype it.
5375 @smallexample
5376 @group
5377 ' tan(x) := sin(x)/cos(x) @key{RET}      s t tsc @key{RET}
5378 ' a/x + b/x := (a+b)/x @key{RET}         s t merge @key{RET}
5379 ' sin(x)^2 := 1 - cos(x)^2 @key{RET}     s t sinsqr @key{RET}
5381 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)     1:  cos(x)
5382     .                                  .
5384     r 1                a r tsc @key{RET}  a r merge @key{RET}  a r sinsqr @key{RET}  a s
5385 @end group
5386 @end smallexample
5388 To edit a variable, type @kbd{s e} and the variable name, use regular
5389 Emacs editing commands as necessary, then type @kbd{C-c C-c} to store
5390 the edited value back into the variable. 
5391 You can also use @w{@kbd{s e}} to create a new variable if you wish.
5393 Notice that the first time you use each rule, Calc puts up a ``compiling''
5394 message briefly.  The pattern matcher converts rules into a special
5395 optimized pattern-matching language rather than using them directly.
5396 This allows @kbd{a r} to apply even rather complicated rules very
5397 efficiently.  If the rule is stored in a variable, Calc compiles it
5398 only once and stores the compiled form along with the variable.  That's
5399 another good reason to store your rules in variables rather than
5400 entering them on the fly.
5402 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  Type @kbd{m s} to get Symbolic
5403 mode, then enter the formula @samp{@w{(2 + sqrt(2))} / @w{(1 + sqrt(2))}}.
5404 Using a rewrite rule, simplify this formula by multiplying the top and
5405 bottom by the conjugate @w{@samp{1 - sqrt(2)}}.  The result will have
5406 to be expanded by the distributive law; do this with another
5407 rewrite.  @xref{Rewrites Answer 1, 1}. (@bullet{})
5409 The @kbd{a r} command can also accept a vector of rewrite rules, or
5410 a variable containing a vector of rules.
5412 @smallexample
5413 @group
5414 1:  [tsc, merge, sinsqr]          1:  [tan(x) := sin(x) / cos(x), ... ]
5415     .                                 .
5417     ' [tsc,merge,sinsqr] @key{RET}          =
5419 @end group
5420 @end smallexample
5421 @noindent
5422 @smallexample
5423 @group
5424 1:  1 / cos(x) - sin(x) tan(x)    1:  cos(x)
5425     .                                 .
5427     s t trig @key{RET}  r 1                 a r trig @key{RET}  a s
5428 @end group
5429 @end smallexample
5431 @c [fix-ref Nested Formulas with Rewrite Rules]
5432 Calc tries all the rules you give against all parts of the formula,
5433 repeating until no further change is possible.  (The exact order in
5434 which things are tried is rather complex, but for simple rules like
5435 the ones we've used here the order doesn't really matter.
5436 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.)
5438 Calc actually repeats only up to 100 times, just in case your rule set
5439 has gotten into an infinite loop.  You can give a numeric prefix argument
5440 to @kbd{a r} to specify any limit.  In particular, @kbd{M-1 a r} does
5441 only one rewrite at a time.
5443 @smallexample
5444 @group
5445 1:  1 / cos(x) - sin(x)^2 / cos(x)    1:  (1 - sin(x)^2) / cos(x)
5446     .                                     .
5448     r 1  M-1 a r trig @key{RET}                 M-1 a r trig @key{RET}
5449 @end group
5450 @end smallexample
5452 You can type @kbd{M-0 a r} if you want no limit at all on the number
5453 of rewrites that occur.
5455 Rewrite rules can also be @dfn{conditional}.  Simply follow the rule
5456 with a @samp{::} symbol and the desired condition.  For example,
5458 @smallexample
5459 @group
5460 1:  exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i)
5461     .
5463     ' exp(2 pi i) + exp(3 pi i) + exp(4 pi i) @key{RET}
5465 @end group
5466 @end smallexample
5467 @noindent
5468 @smallexample
5469 @group
5470 1:  1 + exp(3 pi i) + 1
5471     .
5473     a r exp(k pi i) := 1 :: k % 2 = 0 @key{RET}
5474 @end group
5475 @end smallexample
5477 @noindent
5478 (Recall, @samp{k % 2} is the remainder from dividing @samp{k} by 2,
5479 which will be zero only when @samp{k} is an even integer.)
5481 An interesting point is that the variables @samp{pi} and @samp{i}
5482 were matched literally rather than acting as meta-variables.
5483 This is because they are special-constant variables.  The special
5484 constants @samp{e}, @samp{phi}, and so on also match literally.
5485 A common error with rewrite
5486 rules is to write, say, @samp{f(a,b,c,d,e) := g(a+b+c+d+e)}, expecting
5487 to match any @samp{f} with five arguments but in fact matching
5488 only when the fifth argument is literally @samp{e}!
5490 @cindex Fibonacci numbers
5491 @ignore
5492 @starindex
5493 @end ignore
5494 @tindex fib
5495 Rewrite rules provide an interesting way to define your own functions.
5496 Suppose we want to define @samp{fib(n)} to produce the @var{n}th
5497 Fibonacci number.  The first two Fibonacci numbers are each 1;
5498 later numbers are formed by summing the two preceding numbers in
5499 the sequence.  This is easy to express in a set of three rules:
5501 @smallexample
5502 @group
5503 ' [fib(1) := 1, fib(2) := 1, fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2)] @key{RET}  s t fib
5505 1:  fib(7)               1:  13
5506     .                        .
5508     ' fib(7) @key{RET}             a r fib @key{RET}
5509 @end group
5510 @end smallexample
5512 One thing that is guaranteed about the order that rewrites are tried
5513 is that, for any given subformula, earlier rules in the rule set will
5514 be tried for that subformula before later ones.  So even though the
5515 first and third rules both match @samp{fib(1)}, we know the first will
5516 be used preferentially.
5518 This rule set has one dangerous bug:  Suppose we apply it to the
5519 formula @samp{fib(x)}?  (Don't actually try this.)  The third rule
5520 will match @samp{fib(x)} and replace it with @w{@samp{fib(x-1) + fib(x-2)}}.
5521 Each of these will then be replaced to get @samp{fib(x-2) + 2 fib(x-3) +
5522 fib(x-4)}, and so on, expanding forever.  What we really want is to apply
5523 the third rule only when @samp{n} is an integer greater than two.  Type
5524 @w{@kbd{s e fib @key{RET}}}, then edit the third rule to:
5526 @smallexample
5527 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2
5528 @end smallexample
5530 @noindent
5531 Now:
5533 @smallexample
5534 @group
5535 1:  fib(6) + fib(x) + fib(0)      1:  8 + fib(x) + fib(0)
5536     .                                 .
5538     ' fib(6)+fib(x)+fib(0) @key{RET}        a r fib @key{RET}
5539 @end group
5540 @end smallexample
5542 @noindent
5543 We've created a new function, @code{fib}, and a new command,
5544 @w{@kbd{a r fib @key{RET}}}, which means ``evaluate all @code{fib} calls in
5545 this formula.''  To make things easier still, we can tell Calc to
5546 apply these rules automatically by storing them in the special
5547 variable @code{EvalRules}.
5549 @smallexample
5550 @group
5551 1:  [fib(1) := ...]    .                1:  [8, 13]
5552     .                                       .
5554     s r fib @key{RET}        s t EvalRules @key{RET}    ' [fib(6), fib(7)] @key{RET}
5555 @end group
5556 @end smallexample
5558 It turns out that this rule set has the problem that it does far
5559 more work than it needs to when @samp{n} is large.  Consider the
5560 first few steps of the computation of @samp{fib(6)}:
5562 @smallexample
5563 @group
5564 fib(6) =
5565 fib(5)              +               fib(4) =
5566 fib(4)     +      fib(3)     +      fib(3)     +      fib(2) =
5567 fib(3) + fib(2) + fib(2) + fib(1) + fib(2) + fib(1) + 1 = ...
5568 @end group
5569 @end smallexample
5571 @noindent
5572 Note that @samp{fib(3)} appears three times here.  Unless Calc's
5573 algebraic simplifier notices the multiple @samp{fib(3)}s and combines
5574 them (and, as it happens, it doesn't), this rule set does lots of
5575 needless recomputation.  To cure the problem, type @code{s e EvalRules}
5576 to edit the rules (or just @kbd{s E}, a shorthand command for editing
5577 @code{EvalRules}) and add another condition:
5579 @smallexample
5580 fib(n) := fib(n-1) + fib(n-2) :: integer(n) :: n > 2 :: remember
5581 @end smallexample
5583 @noindent
5584 If a @samp{:: remember} condition appears anywhere in a rule, then if
5585 that rule succeeds Calc will add another rule that describes that match
5586 to the front of the rule set.  (Remembering works in any rule set, but
5587 for technical reasons it is most effective in @code{EvalRules}.)  For
5588 example, if the rule rewrites @samp{fib(7)} to something that evaluates
5589 to 13, then the rule @samp{fib(7) := 13} will be added to the rule set.
5591 Type @kbd{' fib(8) @key{RET}} to compute the eighth Fibonacci number, then
5592 type @kbd{s E} again to see what has happened to the rule set.
5594 With the @code{remember} feature, our rule set can now compute
5595 @samp{fib(@var{n})} in just @var{n} steps.  In the process it builds
5596 up a table of all Fibonacci numbers up to @var{n}.  After we have
5597 computed the result for a particular @var{n}, we can get it back
5598 (and the results for all smaller @var{n}) later in just one step.
5600 All Calc operations will run somewhat slower whenever @code{EvalRules}
5601 contains any rules.  You should type @kbd{s u EvalRules @key{RET}} now to
5602 un-store the variable.
5604 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Sometimes it is possible to reformulate
5605 a problem to reduce the amount of recursion necessary to solve it.
5606 Create a rule that, in about @var{n} simple steps and without recourse
5607 to the @code{remember} option, replaces @samp{fib(@var{n}, 1, 1)} with
5608 @samp{fib(1, @var{x}, @var{y})} where @var{x} and @var{y} are the
5609 @var{n}th and @var{n+1}st Fibonacci numbers, respectively.  This rule is
5610 rather clunky to use, so add a couple more rules to make the ``user
5611 interface'' the same as for our first version: enter @samp{fib(@var{n})},
5612 get back a plain number.  @xref{Rewrites Answer 2, 2}. (@bullet{})
5614 There are many more things that rewrites can do.  For example, there
5615 are @samp{&&&} and @samp{|||} pattern operators that create ``and''
5616 and ``or'' combinations of rules.  As one really simple example, we
5617 could combine our first two Fibonacci rules thusly:
5619 @example
5620 [fib(1 ||| 2) := 1, fib(n) := ... ]
5621 @end example
5623 @noindent
5624 That means ``@code{fib} of something matching either 1 or 2 rewrites
5625 to 1.''
5627 You can also make meta-variables optional by enclosing them in @code{opt}.
5628 For example, the pattern @samp{a + b x} matches @samp{2 + 3 x} but not
5629 @samp{2 + x} or @samp{3 x} or @samp{x}.  The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x}
5630 matches all of these forms, filling in a default of zero for @samp{a}
5631 and one for @samp{b}.
5633 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Your friend Joe had @samp{2 + 3 x}
5634 on the stack and tried to use the rule
5635 @samp{opt(a) + opt(b) x := f(a, b, x)}.  What happened?
5636 @xref{Rewrites Answer 3, 3}. (@bullet{})
5638 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Starting with a positive integer @expr{a},
5639 divide @expr{a} by two if it is even, otherwise compute @expr{3 a + 1}.
5640 Now repeat this step over and over.  A famous unproved conjecture
5641 is that for any starting @expr{a}, the sequence always eventually
5642 reaches 1.  Given the formula @samp{seq(@var{a}, 0)}, write a set of
5643 rules that convert this into @samp{seq(1, @var{n})} where @var{n}
5644 is the number of steps it took the sequence to reach the value 1.
5645 Now enhance the rules to accept @samp{seq(@var{a})} as a starting
5646 configuration, and to stop with just the number @var{n} by itself.
5647 Now make the result be a vector of values in the sequence, from @var{a}
5648 to 1.  (The formula @samp{@var{x}|@var{y}} appends the vectors @var{x}
5649 and @var{y}.)  For example, rewriting @samp{seq(6)} should yield the
5650 vector @expr{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
5651 @xref{Rewrites Answer 4, 4}. (@bullet{})
5653 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  Define, using rewrite rules, a function
5654 @samp{nterms(@var{x})} that returns the number of terms in the sum
5655 @var{x}, or 1 if @var{x} is not a sum.  (A @dfn{sum} for our purposes
5656 is one or more non-sum terms separated by @samp{+} or @samp{-} signs,
5657 so that @expr{2 - 3 (x + y) + x y} is a sum of three terms.)
5658 @xref{Rewrites Answer 5, 5}. (@bullet{})
5660 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  A Taylor series for a function is an
5661 infinite series that exactly equals the value of that function at
5662 values of @expr{x} near zero.
5664 @ifnottex
5665 @example
5666 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + x^4 / 4! - x^6 / 6! + ...
5667 @end example
5668 @end ifnottex
5669 @tex
5670 \turnoffactive
5671 \beforedisplay
5672 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + {x^4 \over 4!} - {x^6 \over 6!} + \cdots $$
5673 \afterdisplay
5674 @end tex
5676 The @kbd{a t} command produces a @dfn{truncated Taylor series} which
5677 is obtained by dropping all the terms higher than, say, @expr{x^2}.
5678 Calc represents the truncated Taylor series as a polynomial in @expr{x}.
5679 Mathematicians often write a truncated series using a ``big-O'' notation
5680 that records what was the lowest term that was truncated.
5682 @ifnottex
5683 @example
5684 cos(x) = 1 - x^2 / 2! + O(x^3)
5685 @end example
5686 @end ifnottex
5687 @tex
5688 \turnoffactive
5689 \beforedisplay
5690 $$ \cos x = 1 - {x^2 \over 2!} + O(x^3) $$
5691 \afterdisplay
5692 @end tex
5694 @noindent
5695 The meaning of @expr{O(x^3)} is ``a quantity which is negligibly small
5696 if @expr{x^3} is considered negligibly small as @expr{x} goes to zero.''
5698 The exercise is to create rewrite rules that simplify sums and products of
5699 power series represented as @samp{@var{polynomial} + O(@var{var}^@var{n})}.
5700 For example, given @samp{1 - x^2 / 2 + O(x^3)} and @samp{x - x^3 / 6 + O(x^4)}
5701 on the stack, we want to be able to type @kbd{*} and get the result
5702 @samp{x - 2:3 x^3 + O(x^4)}.  Don't worry if the terms of the sum are
5703 rearranged or if @kbd{a s} needs to be typed after rewriting.  (This one
5704 is rather tricky; the solution at the end of this chapter uses 6 rewrite
5705 rules.  Hint:  The @samp{constant(x)} condition tests whether @samp{x} is
5706 a number.)  @xref{Rewrites Answer 6, 6}. (@bullet{})
5708 Just for kicks, try adding the rule @code{2+3 := 6} to @code{EvalRules}.
5709 What happens?  (Be sure to remove this rule afterward, or you might get
5710 a nasty surprise when you use Calc to balance your checkbook!)
5712 @xref{Rewrite Rules}, for the whole story on rewrite rules.
5714 @node Programming Tutorial, Answers to Exercises, Algebra Tutorial, Tutorial
5715 @section Programming Tutorial
5717 @noindent
5718 The Calculator is written entirely in Emacs Lisp, a highly extensible
5719 language.  If you know Lisp, you can program the Calculator to do
5720 anything you like.  Rewrite rules also work as a powerful programming
5721 system.  But Lisp and rewrite rules take a while to master, and often
5722 all you want to do is define a new function or repeat a command a few
5723 times.  Calc has features that allow you to do these things easily.
5725 One very limited form of programming is defining your own functions.
5726 Calc's @kbd{Z F} command allows you to define a function name and
5727 key sequence to correspond to any formula.  Programming commands use
5728 the shift-@kbd{Z} prefix; the user commands they create use the lower
5729 case @kbd{z} prefix.
5731 @smallexample
5732 @group
5733 1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6         1:  1 + x + x^2 / 2 + x^3 / 6
5734     .                                     .
5736     ' 1 + x + x^2/2! + x^3/3! @key{RET}         Z F e myexp @key{RET} @key{RET} @key{RET} y
5737 @end group
5738 @end smallexample
5740 This polynomial is a Taylor series approximation to @samp{exp(x)}.
5741 The @kbd{Z F} command asks a number of questions.  The above answers
5742 say that the key sequence for our function should be @kbd{z e}; the
5743 @kbd{M-x} equivalent should be @code{calc-myexp}; the name of the
5744 function in algebraic formulas should also be @code{myexp}; the
5745 default argument list @samp{(x)} is acceptable; and finally @kbd{y}
5746 answers the question ``leave it in symbolic form for non-constant
5747 arguments?''
5749 @smallexample
5750 @group
5751 1:  1.3495     2:  1.3495     3:  1.3495
5752     .          1:  1.34986    2:  1.34986
5753                    .          1:  myexp(a + 1)
5754                                   .
5756     .3 z e         .3 E           ' a+1 @key{RET} z e
5757 @end group
5758 @end smallexample
5760 @noindent
5761 First we call our new @code{exp} approximation with 0.3 as an
5762 argument, and compare it with the true @code{exp} function.  Then
5763 we note that, as requested, if we try to give @kbd{z e} an
5764 argument that isn't a plain number, it leaves the @code{myexp}
5765 function call in symbolic form.  If we had answered @kbd{n} to the
5766 final question, @samp{myexp(a + 1)} would have evaluated by plugging
5767 in @samp{a + 1} for @samp{x} in the defining formula.
5769 @cindex Sine integral Si(x)
5770 @ignore
5771 @starindex
5772 @end ignore
5773 @tindex Si
5774 (@bullet{}) @strong{Exercise 1.}  The ``sine integral'' function
5775 @texline @math{{\rm Si}(x)}
5776 @infoline @expr{Si(x)} 
5777 is defined as the integral of @samp{sin(t)/t} for
5778 @expr{t = 0} to @expr{x} in radians.  (It was invented because this
5779 integral has no solution in terms of basic functions; if you give it
5780 to Calc's @kbd{a i} command, it will ponder it for a long time and then
5781 give up.)  We can use the numerical integration command, however,
5782 which in algebraic notation is written like @samp{ninteg(f(t), t, 0, x)}
5783 with any integrand @samp{f(t)}.  Define a @kbd{z s} command and
5784 @code{Si} function that implement this.  You will need to edit the
5785 default argument list a bit.  As a test, @samp{Si(1)} should return
5786 0.946083. (If you don't get this answer, you might want to check that
5787 Calc is in Radians mode.  Also, @code{ninteg} will run a lot faster if
5788 you reduce the precision to, say, six digits beforehand.)
5789 @xref{Programming Answer 1, 1}. (@bullet{})
5791 The simplest way to do real ``programming'' of Emacs is to define a
5792 @dfn{keyboard macro}.  A keyboard macro is simply a sequence of
5793 keystrokes which Emacs has stored away and can play back on demand.
5794 For example, if you find yourself typing @kbd{H a S x @key{RET}} often,
5795 you may wish to program a keyboard macro to type this for you.
5797 @smallexample
5798 @group
5799 1:  y = sqrt(x)          1:  x = y^2
5800     .                        .
5802     ' y=sqrt(x) @key{RET}       C-x ( H a S x @key{RET} C-x )
5804 1:  y = cos(x)           1:  x = s1 arccos(y) + 2 pi n1
5805     .                        .
5807     ' y=cos(x) @key{RET}           X
5808 @end group
5809 @end smallexample
5811 @noindent
5812 When you type @kbd{C-x (}, Emacs begins recording.  But it is also
5813 still ready to execute your keystrokes, so you're really ``training''
5814 Emacs by walking it through the procedure once.  When you type
5815 @w{@kbd{C-x )}}, the macro is recorded.  You can now type @kbd{X} to
5816 re-execute the same keystrokes.
5818 You can give a name to your macro by typing @kbd{Z K}.
5820 @smallexample
5821 @group
5822 1:  .              1:  y = x^4         1:  x = s2 sqrt(s1 sqrt(y))
5823                        .                   .
5825   Z K x @key{RET}            ' y=x^4 @key{RET}         z x
5826 @end group
5827 @end smallexample
5829 @noindent
5830 Notice that we use shift-@kbd{Z} to define the command, and lower-case
5831 @kbd{z} to call it up.
5833 Keyboard macros can call other macros.
5835 @smallexample
5836 @group
5837 1:  abs(x)        1:  x = s1 y                1:  2 / x    1:  x = 2 / y
5838     .                 .                           .            .
5840  ' abs(x) @key{RET}   C-x ( ' y @key{RET} a = z x C-x )    ' 2/x @key{RET}       X
5841 @end group
5842 @end smallexample
5844 (@bullet{}) @strong{Exercise 2.}  Define a keyboard macro to negate
5845 the item in level 3 of the stack, without disturbing the rest of
5846 the stack.  @xref{Programming Answer 2, 2}. (@bullet{})
5848 (@bullet{}) @strong{Exercise 3.}  Define keyboard macros to compute
5849 the following functions:
5851 @enumerate
5852 @item
5853 Compute 
5854 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}},
5855 @infoline @expr{sin(x) / x}, 
5856 where @expr{x} is the number on the top of the stack.
5858 @item
5859 Compute the base-@expr{b} logarithm, just like the @kbd{B} key except
5860 the arguments are taken in the opposite order.
5862 @item
5863 Produce a vector of integers from 1 to the integer on the top of
5864 the stack.
5865 @end enumerate
5866 @noindent
5867 @xref{Programming Answer 3, 3}. (@bullet{})
5869 (@bullet{}) @strong{Exercise 4.}  Define a keyboard macro to compute
5870 the average (mean) value of a list of numbers.
5871 @xref{Programming Answer 4, 4}. (@bullet{})
5873 In many programs, some of the steps must execute several times.
5874 Calc has @dfn{looping} commands that allow this.  Loops are useful
5875 inside keyboard macros, but actually work at any time.
5877 @smallexample
5878 @group
5879 1:  x^6          2:  x^6        1: 360 x^2
5880     .            1:  4             .
5881                      .
5883   ' x^6 @key{RET}          4         Z < a d x @key{RET} Z >
5884 @end group
5885 @end smallexample
5887 @noindent
5888 Here we have computed the fourth derivative of @expr{x^6} by
5889 enclosing a derivative command in a ``repeat loop'' structure.
5890 This structure pops a repeat count from the stack, then
5891 executes the body of the loop that many times.
5893 If you make a mistake while entering the body of the loop,
5894 type @w{@kbd{Z C-g}} to cancel the loop command.
5896 @cindex Fibonacci numbers
5897 Here's another example:
5899 @smallexample
5900 @group
5901 3:  1               2:  10946
5902 2:  1               1:  17711
5903 1:  20                  .
5904     .
5906 1 @key{RET} @key{RET} 20       Z < @key{TAB} C-j + Z >
5907 @end group
5908 @end smallexample
5910 @noindent
5911 The numbers in levels 2 and 1 should be the 21st and 22nd Fibonacci
5912 numbers, respectively.  (To see what's going on, try a few repetitions
5913 of the loop body by hand; @kbd{C-j}, also on the Line-Feed or @key{LFD}
5914 key if you have one, makes a copy of the number in level 2.)
5916 @cindex Golden ratio
5917 @cindex Phi, golden ratio
5918 A fascinating property of the Fibonacci numbers is that the @expr{n}th
5919 Fibonacci number can be found directly by computing 
5920 @texline @math{\phi^n / \sqrt{5}}
5921 @infoline @expr{phi^n / sqrt(5)}
5922 and then rounding to the nearest integer, where 
5923 @texline @math{\phi} (``phi''),
5924 @infoline @expr{phi}, 
5925 the ``golden ratio,'' is 
5926 @texline @math{(1 + \sqrt{5}) / 2}.
5927 @infoline @expr{(1 + sqrt(5)) / 2}. 
5928 (For convenience, this constant is available from the @code{phi}
5929 variable, or the @kbd{I H P} command.)
5931 @smallexample
5932 @group
5933 1:  1.61803         1:  24476.0000409    1:  10945.9999817    1:  10946
5934     .                   .                    .                    .
5936     I H P               21 ^                 5 Q /                R
5937 @end group
5938 @end smallexample
5940 @cindex Continued fractions
5941 (@bullet{}) @strong{Exercise 5.}  The @dfn{continued fraction}
5942 representation of 
5943 @texline @math{\phi}
5944 @infoline @expr{phi} 
5945 is 
5946 @texline @math{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( \ldots )))}.
5947 @infoline @expr{1 + 1/(1 + 1/(1 + 1/( ...@: )))}.
5948 We can compute an approximate value by carrying this however far
5949 and then replacing the innermost 
5950 @texline @math{1/( \ldots )}
5951 @infoline @expr{1/( ...@: )} 
5952 by 1.  Approximate
5953 @texline @math{\phi}
5954 @infoline @expr{phi} 
5955 using a twenty-term continued fraction.
5956 @xref{Programming Answer 5, 5}. (@bullet{})
5958 (@bullet{}) @strong{Exercise 6.}  Linear recurrences like the one for
5959 Fibonacci numbers can be expressed in terms of matrices.  Given a
5960 vector @w{@expr{[a, b]}} determine a matrix which, when multiplied by this
5961 vector, produces the vector @expr{[b, c]}, where @expr{a}, @expr{b} and
5962 @expr{c} are three successive Fibonacci numbers.  Now write a program
5963 that, given an integer @expr{n}, computes the @expr{n}th Fibonacci number
5964 using matrix arithmetic.  @xref{Programming Answer 6, 6}. (@bullet{})
5966 @cindex Harmonic numbers
5967 A more sophisticated kind of loop is the @dfn{for} loop.  Suppose
5968 we wish to compute the 20th ``harmonic'' number, which is equal to
5969 the sum of the reciprocals of the integers from 1 to 20.
5971 @smallexample
5972 @group
5973 3:  0               1:  3.597739
5974 2:  1                   .
5975 1:  20
5976     .
5978 0 @key{RET} 1 @key{RET} 20         Z ( & + 1 Z )
5979 @end group
5980 @end smallexample
5982 @noindent
5983 The ``for'' loop pops two numbers, the lower and upper limits, then
5984 repeats the body of the loop as an internal counter increases from
5985 the lower limit to the upper one.  Just before executing the loop
5986 body, it pushes the current loop counter.  When the loop body
5987 finishes, it pops the ``step,'' i.e., the amount by which to
5988 increment the loop counter.  As you can see, our loop always
5989 uses a step of one.
5991 This harmonic number function uses the stack to hold the running
5992 total as well as for the various loop housekeeping functions.  If
5993 you find this disorienting, you can sum in a variable instead:
5995 @smallexample
5996 @group
5997 1:  0         2:  1                  .            1:  3.597739
5998     .         1:  20                                  .
5999                   .
6001     0 t 7       1 @key{RET} 20      Z ( & s + 7 1 Z )       r 7
6002 @end group
6003 @end smallexample
6005 @noindent
6006 The @kbd{s +} command adds the top-of-stack into the value in a
6007 variable (and removes that value from the stack).
6009 It's worth noting that many jobs that call for a ``for'' loop can
6010 also be done more easily by Calc's high-level operations.  Two
6011 other ways to compute harmonic numbers are to use vector mapping
6012 and reduction (@kbd{v x 20}, then @w{@kbd{V M &}}, then @kbd{V R +}),
6013 or to use the summation command @kbd{a +}.  Both of these are
6014 probably easier than using loops.  However, there are some
6015 situations where loops really are the way to go:
6017 (@bullet{}) @strong{Exercise 7.}  Use a ``for'' loop to find the first
6018 harmonic number which is greater than 4.0.
6019 @xref{Programming Answer 7, 7}. (@bullet{})
6021 Of course, if we're going to be using variables in our programs,
6022 we have to worry about the programs clobbering values that the
6023 caller was keeping in those same variables.  This is easy to
6024 fix, though:
6026 @smallexample
6027 @group
6028     .        1:  0.6667       1:  0.6667     3:  0.6667
6029                  .                .          2:  3.597739
6030                                              1:  0.6667
6031                                                  .
6033    Z `    p 4 @key{RET} 2 @key{RET} 3 /   s 7 s s a @key{RET}    Z '  r 7 s r a @key{RET}
6034 @end group
6035 @end smallexample
6037 @noindent
6038 When we type @kbd{Z `} (that's a back-quote character), Calc saves
6039 its mode settings and the contents of the ten ``quick variables''
6040 for later reference.  When we type @kbd{Z '} (that's an apostrophe
6041 now), Calc restores those saved values.  Thus the @kbd{p 4} and
6042 @kbd{s 7} commands have no effect outside this sequence.  Wrapping
6043 this around the body of a keyboard macro ensures that it doesn't
6044 interfere with what the user of the macro was doing.  Notice that
6045 the contents of the stack, and the values of named variables,
6046 survive past the @kbd{Z '} command.
6048 @cindex Bernoulli numbers, approximate
6049 The @dfn{Bernoulli numbers} are a sequence with the interesting
6050 property that all of the odd Bernoulli numbers are zero, and the
6051 even ones, while difficult to compute, can be roughly approximated
6052 by the formula 
6053 @texline @math{\displaystyle{2 n! \over (2 \pi)^n}}.
6054 @infoline @expr{2 n!@: / (2 pi)^n}.  
6055 Let's write a keyboard macro to compute (approximate) Bernoulli numbers.
6056 (Calc has a command, @kbd{k b}, to compute exact Bernoulli numbers, but
6057 this command is very slow for large @expr{n} since the higher Bernoulli
6058 numbers are very large fractions.)
6060 @smallexample
6061 @group
6062 1:  10               1:  0.0756823
6063     .                    .
6065     10     C-x ( @key{RET} 2 % Z [ @key{DEL} 0 Z : ' 2 $! / (2 pi)^$ @key{RET} = Z ] C-x )
6066 @end group
6067 @end smallexample
6069 @noindent
6070 You can read @kbd{Z [} as ``then,'' @kbd{Z :} as ``else,'' and
6071 @kbd{Z ]} as ``end-if.''  There is no need for an explicit ``if''
6072 command.  For the purposes of @w{@kbd{Z [}}, the condition is ``true''
6073 if the value it pops from the stack is a nonzero number, or ``false''
6074 if it pops zero or something that is not a number (like a formula).
6075 Here we take our integer argument modulo 2; this will be nonzero
6076 if we're asking for an odd Bernoulli number.
6078 The actual tenth Bernoulli number is @expr{5/66}.
6080 @smallexample
6081 @group
6082 3:  0.0756823    1:  0          1:  0.25305    1:  0          1:  1.16659
6083 2:  5:66             .              .              .              .
6084 1:  0.0757575
6085     .
6087 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
6088 @end group
6089 @end smallexample
6091 Just to exercise loops a bit more, let's compute a table of even
6092 Bernoulli numbers.
6094 @smallexample
6095 @group
6096 3:  []             1:  [0.10132, 0.03079, 0.02340, 0.033197, ...]
6097 2:  2                  .
6098 1:  30
6099     .
6101  [ ] 2 @key{RET} 30          Z ( X | 2 Z )
6102 @end group
6103 @end smallexample
6105 @noindent
6106 The vertical-bar @kbd{|} is the vector-concatenation command.  When
6107 we execute it, the list we are building will be in stack level 2
6108 (initially this is an empty list), and the next Bernoulli number
6109 will be in level 1.  The effect is to append the Bernoulli number
6110 onto the end of the list.  (To create a table of exact fractional
6111 Bernoulli numbers, just replace @kbd{X} with @kbd{k b} in the above
6112 sequence of keystrokes.)
6114 With loops and conditionals, you can program essentially anything
6115 in Calc.  One other command that makes looping easier is @kbd{Z /},
6116 which takes a condition from the stack and breaks out of the enclosing
6117 loop if the condition is true (non-zero).  You can use this to make
6118 ``while'' and ``until'' style loops.
6120 If you make a mistake when entering a keyboard macro, you can edit
6121 it using @kbd{Z E}.  First, you must attach it to a key with @kbd{Z K}.
6122 One technique is to enter a throwaway dummy definition for the macro,
6123 then enter the real one in the edit command.
6125 @smallexample
6126 @group
6127 1:  3                   1:  3           Calc Macro Edit Mode.
6128     .                       .           Original keys: 1 <return> 2 +
6130                                         1                          ;; calc digits
6131                                         RET                        ;; calc-enter
6132                                         2                          ;; calc digits
6133                                         +                          ;; calc-plus
6135 C-x ( 1 @key{RET} 2 + C-x )    Z K h @key{RET}      Z E h
6136 @end group
6137 @end smallexample
6139 @noindent
6140 A keyboard macro is stored as a pure keystroke sequence.  The
6141 @file{edmacro} package (invoked by @kbd{Z E}) scans along the
6142 macro and tries to decode it back into human-readable steps.
6143 Descriptions of the keystrokes are given as comments, which begin with
6144 @samp{;;}, and which are ignored when the edited macro is saved.
6145 Spaces and line breaks are also ignored when the edited macro is saved.
6146 To enter a space into the macro, type @code{SPC}.  All the special
6147 characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC}, @code{DEL},
6148 and @code{NUL} must be written in all uppercase, as must the prefixes
6149 @code{C-} and @code{M-}.
6151 Let's edit in a new definition, for computing harmonic numbers.
6152 First, erase the four lines of the old definition.  Then, type
6153 in the new definition (or use Emacs @kbd{M-w} and @kbd{C-y} commands
6154 to copy it from this page of the Info file; you can of course skip
6155 typing the comments, which begin with @samp{;;}).
6157 @smallexample
6158 Z`                      ;; calc-kbd-push     (Save local values)
6159 0                       ;; calc digits       (Push a zero onto the stack)
6160 st                      ;; calc-store-into   (Store it in the following variable)
6161 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6162 1                       ;; calc digits       (Initial value for the loop) 
6163 TAB                     ;; calc-roll-down    (Swap initial and final)
6164 Z(                      ;; calc-kbd-for      (Begin the "for" loop)
6165 &                       ;; calc-inv          (Take the reciprocal)
6166 s+                      ;; calc-store-plus   (Add to the following variable)
6167 1                       ;; calc quick variable  (Quick variable q1)
6168 1                       ;; calc digits       (The loop step is 1)
6169 Z)                      ;; calc-kbd-end-for  (End the "for" loop)
6170 sr                      ;; calc-recall       (Recall the final accumulated value)
6171 1                       ;; calc quick variable (Quick variable q1)
6172 Z'                      ;; calc-kbd-pop      (Restore values)
6173 @end smallexample
6175 @noindent
6176 Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and return to the Calculator.
6178 @smallexample
6179 @group
6180 1:  20         1:  3.597739
6181     .              .
6183     20             z h
6184 @end group
6185 @end smallexample
6187 The @file{edmacro} package defines a handy @code{read-kbd-macro} command
6188 which reads the current region of the current buffer as a sequence of
6189 keystroke names, and defines that sequence on the @kbd{X} 
6190 (and @kbd{C-x e}) key.  Because this is so useful, Calc puts this
6191 command on the @kbd{C-x * m} key.  Try reading in this macro in the
6192 following form:  Press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}}) at 
6193 one end of the text below, then type @kbd{C-x * m} at the other.
6195 @example
6196 @group
6197 Z ` 0 t 1
6198     1 TAB
6199     Z (  & s + 1  1 Z )
6200     r 1
6201 Z '
6202 @end group
6203 @end example
6205 (@bullet{}) @strong{Exercise 8.}  A general algorithm for solving
6206 equations numerically is @dfn{Newton's Method}.  Given the equation
6207 @expr{f(x) = 0} for any function @expr{f}, and an initial guess
6208 @expr{x_0} which is reasonably close to the desired solution, apply
6209 this formula over and over:
6211 @ifnottex
6212 @example
6213 new_x = x - f(x)/f'(x)
6214 @end example
6215 @end ifnottex
6216 @tex
6217 \beforedisplay
6218 $$ x_{\rm new} = x - {f(x) \over f'(x)} $$
6219 \afterdisplay
6220 @end tex
6222 @noindent
6223 where @expr{f'(x)} is the derivative of @expr{f}.  The @expr{x}
6224 values will quickly converge to a solution, i.e., eventually
6225 @texline @math{x_{\rm new}}
6226 @infoline @expr{new_x} 
6227 and @expr{x} will be equal to within the limits
6228 of the current precision.  Write a program which takes a formula
6229 involving the variable @expr{x}, and an initial guess @expr{x_0},
6230 on the stack, and produces a value of @expr{x} for which the formula
6231 is zero.  Use it to find a solution of 
6232 @texline @math{\sin(\cos x) = 0.5}
6233 @infoline @expr{sin(cos(x)) = 0.5}
6234 near @expr{x = 4.5}.  (Use angles measured in radians.)  Note that
6235 the built-in @w{@kbd{a R}} (@code{calc-find-root}) command uses Newton's
6236 method when it is able.  @xref{Programming Answer 8, 8}. (@bullet{})
6238 @cindex Digamma function
6239 @cindex Gamma constant, Euler's
6240 @cindex Euler's gamma constant
6241 (@bullet{}) @strong{Exercise 9.}  The @dfn{digamma} function 
6242 @texline @math{\psi(z) (``psi'')}
6243 @infoline @expr{psi(z)}
6244 is defined as the derivative of 
6245 @texline @math{\ln \Gamma(z)}.
6246 @infoline @expr{ln(gamma(z))}.  
6247 For large values of @expr{z}, it can be approximated by the infinite sum
6249 @ifnottex
6250 @example
6251 psi(z) ~= ln(z) - 1/2z - sum(bern(2 n) / 2 n z^(2 n), n, 1, inf)
6252 @end example
6253 @end ifnottex
6254 @tex
6255 \beforedisplay
6256 $$ \psi(z) \approx \ln z - {1\over2z} -
6257    \sum_{n=1}^\infty {\code{bern}(2 n) \over 2 n z^{2n}}
6259 \afterdisplay
6260 @end tex
6262 @noindent
6263 where 
6264 @texline @math{\sum}
6265 @infoline @expr{sum} 
6266 represents the sum over @expr{n} from 1 to infinity
6267 (or to some limit high enough to give the desired accuracy), and
6268 the @code{bern} function produces (exact) Bernoulli numbers.
6269 While this sum is not guaranteed to converge, in practice it is safe.
6270 An interesting mathematical constant is Euler's gamma, which is equal
6271 to about 0.5772.  One way to compute it is by the formula,
6272 @texline @math{\gamma = -\psi(1)}.
6273 @infoline @expr{gamma = -psi(1)}.  
6274 Unfortunately, 1 isn't a large enough argument
6275 for the above formula to work (5 is a much safer value for @expr{z}).
6276 Fortunately, we can compute 
6277 @texline @math{\psi(1)}
6278 @infoline @expr{psi(1)} 
6279 from 
6280 @texline @math{\psi(5)}
6281 @infoline @expr{psi(5)} 
6282 using the recurrence 
6283 @texline @math{\psi(z+1) = \psi(z) + {1 \over z}}.
6284 @infoline @expr{psi(z+1) = psi(z) + 1/z}.  
6285 Your task:  Develop a program to compute 
6286 @texline @math{\psi(z)};
6287 @infoline @expr{psi(z)}; 
6288 it should ``pump up'' @expr{z}
6289 if necessary to be greater than 5, then use the above summation
6290 formula.  Use looping commands to compute the sum.  Use your function
6291 to compute 
6292 @texline @math{\gamma}
6293 @infoline @expr{gamma} 
6294 to twelve decimal places.  (Calc has a built-in command
6295 for Euler's constant, @kbd{I P}, which you can use to check your answer.)
6296 @xref{Programming Answer 9, 9}. (@bullet{})
6298 @cindex Polynomial, list of coefficients
6299 (@bullet{}) @strong{Exercise 10.}  Given a polynomial in @expr{x} and
6300 a number @expr{m} on the stack, where the polynomial is of degree
6301 @expr{m} or less (i.e., does not have any terms higher than @expr{x^m}),
6302 write a program to convert the polynomial into a list-of-coefficients
6303 notation.  For example, @expr{5 x^4 + (x + 1)^2} with @expr{m = 6}
6304 should produce the list @expr{[1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]}.  Also develop
6305 a way to convert from this form back to the standard algebraic form.
6306 @xref{Programming Answer 10, 10}. (@bullet{})
6308 @cindex Recursion
6309 (@bullet{}) @strong{Exercise 11.}  The @dfn{Stirling numbers of the
6310 first kind} are defined by the recurrences,
6312 @ifnottex
6313 @example
6314 s(n,n) = 1   for n >= 0,
6315 s(n,0) = 0   for n > 0,
6316 s(n+1,m) = s(n,m-1) - n s(n,m)   for n >= m >= 1.
6317 @end example
6318 @end ifnottex
6319 @tex
6320 \turnoffactive
6321 \beforedisplay
6322 $$ \eqalign{ s(n,n)   &= 1 \qquad \hbox{for } n \ge 0,  \cr
6323              s(n,0)   &= 0 \qquad \hbox{for } n > 0, \cr
6324              s(n+1,m) &= s(n,m-1) - n \, s(n,m) \qquad
6325                           \hbox{for } n \ge m \ge 1.}
6327 \afterdisplay
6328 \vskip5pt
6329 (These numbers are also sometimes written $\displaystyle{n \brack m}$.)
6330 @end tex
6332 This can be implemented using a @dfn{recursive} program in Calc; the
6333 program must invoke itself in order to calculate the two righthand
6334 terms in the general formula.  Since it always invokes itself with
6335 ``simpler'' arguments, it's easy to see that it must eventually finish
6336 the computation.  Recursion is a little difficult with Emacs keyboard
6337 macros since the macro is executed before its definition is complete.
6338 So here's the recommended strategy:  Create a ``dummy macro'' and assign
6339 it to a key with, e.g., @kbd{Z K s}.  Now enter the true definition,
6340 using the @kbd{z s} command to call itself recursively, then assign it
6341 to the same key with @kbd{Z K s}.  Now the @kbd{z s} command will run
6342 the complete recursive program.  (Another way is to use @w{@kbd{Z E}}
6343 or @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the whole macro at once,
6344 thus avoiding the ``training'' phase.)  The task:  Write a program
6345 that computes Stirling numbers of the first kind, given @expr{n} and
6346 @expr{m} on the stack.  Test it with @emph{small} inputs like
6347 @expr{s(4,2)}.  (There is a built-in command for Stirling numbers,
6348 @kbd{k s}, which you can use to check your answers.)
6349 @xref{Programming Answer 11, 11}. (@bullet{})
6351 The programming commands we've seen in this part of the tutorial
6352 are low-level, general-purpose operations.  Often you will find
6353 that a higher-level function, such as vector mapping or rewrite
6354 rules, will do the job much more easily than a detailed, step-by-step
6355 program can:
6357 (@bullet{}) @strong{Exercise 12.}  Write another program for
6358 computing Stirling numbers of the first kind, this time using
6359 rewrite rules.  Once again, @expr{n} and @expr{m} should be taken
6360 from the stack.  @xref{Programming Answer 12, 12}. (@bullet{})
6362 @example
6364 @end example
6365 This ends the tutorial section of the Calc manual.  Now you know enough
6366 about Calc to use it effectively for many kinds of calculations.  But
6367 Calc has many features that were not even touched upon in this tutorial.
6368 @c [not-split]
6369 The rest of this manual tells the whole story.
6370 @c [when-split]
6371 @c Volume II of this manual, the @dfn{Calc Reference}, tells the whole story.
6373 @page
6374 @node Answers to Exercises,  , Programming Tutorial, Tutorial
6375 @section Answers to Exercises
6377 @noindent
6378 This section includes answers to all the exercises in the Calc tutorial.
6380 @menu
6381 * RPN Answer 1::           1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -
6382 * RPN Answer 2::           2*4 + 7*9.5 + 5/4
6383 * RPN Answer 3::           Operating on levels 2 and 3
6384 * RPN Answer 4::           Joe's complex problems
6385 * Algebraic Answer 1::     Simulating Q command
6386 * Algebraic Answer 2::     Joe's algebraic woes
6387 * Algebraic Answer 3::     1 / 0
6388 * Modes Answer 1::         3#0.1 = 3#0.0222222?
6389 * Modes Answer 2::         16#f.e8fe15
6390 * Modes Answer 3::         Joe's rounding bug
6391 * Modes Answer 4::         Why floating point?
6392 * Arithmetic Answer 1::    Why the \ command?
6393 * Arithmetic Answer 2::    Tripping up the B command
6394 * Vector Answer 1::        Normalizing a vector
6395 * Vector Answer 2::        Average position
6396 * Matrix Answer 1::        Row and column sums
6397 * Matrix Answer 2::        Symbolic system of equations
6398 * Matrix Answer 3::        Over-determined system
6399 * List Answer 1::          Powers of two
6400 * List Answer 2::          Least-squares fit with matrices
6401 * List Answer 3::          Geometric mean
6402 * List Answer 4::          Divisor function
6403 * List Answer 5::          Duplicate factors
6404 * List Answer 6::          Triangular list
6405 * List Answer 7::          Another triangular list
6406 * List Answer 8::          Maximum of Bessel function
6407 * List Answer 9::          Integers the hard way
6408 * List Answer 10::         All elements equal
6409 * List Answer 11::         Estimating pi with darts
6410 * List Answer 12::         Estimating pi with matchsticks
6411 * List Answer 13::         Hash codes
6412 * List Answer 14::         Random walk
6413 * Types Answer 1::         Square root of pi times rational
6414 * Types Answer 2::         Infinities
6415 * Types Answer 3::         What can "nan" be?
6416 * Types Answer 4::         Abbey Road
6417 * Types Answer 5::         Friday the 13th
6418 * Types Answer 6::         Leap years
6419 * Types Answer 7::         Erroneous donut
6420 * Types Answer 8::         Dividing intervals
6421 * Types Answer 9::         Squaring intervals
6422 * Types Answer 10::        Fermat's primality test
6423 * Types Answer 11::        pi * 10^7 seconds
6424 * Types Answer 12::        Abbey Road on CD
6425 * Types Answer 13::        Not quite pi * 10^7 seconds
6426 * Types Answer 14::        Supercomputers and c
6427 * Types Answer 15::        Sam the Slug
6428 * Algebra Answer 1::       Squares and square roots
6429 * Algebra Answer 2::       Building polynomial from roots
6430 * Algebra Answer 3::       Integral of x sin(pi x)
6431 * Algebra Answer 4::       Simpson's rule
6432 * Rewrites Answer 1::      Multiplying by conjugate
6433 * Rewrites Answer 2::      Alternative fib rule
6434 * Rewrites Answer 3::      Rewriting opt(a) + opt(b) x
6435 * Rewrites Answer 4::      Sequence of integers
6436 * Rewrites Answer 5::      Number of terms in sum
6437 * Rewrites Answer 6::      Truncated Taylor series
6438 * Programming Answer 1::   Fresnel's C(x)
6439 * Programming Answer 2::   Negate third stack element
6440 * Programming Answer 3::   Compute sin(x) / x, etc.
6441 * Programming Answer 4::   Average value of a list
6442 * Programming Answer 5::   Continued fraction phi
6443 * Programming Answer 6::   Matrix Fibonacci numbers
6444 * Programming Answer 7::   Harmonic number greater than 4
6445 * Programming Answer 8::   Newton's method
6446 * Programming Answer 9::   Digamma function
6447 * Programming Answer 10::  Unpacking a polynomial
6448 * Programming Answer 11::  Recursive Stirling numbers
6449 * Programming Answer 12::  Stirling numbers with rewrites
6450 @end menu
6452 @c The following kludgery prevents the individual answers from
6453 @c being entered on the table of contents.
6454 @tex
6455 \global\let\oldwrite=\write
6456 \gdef\skipwrite#1#2{\let\write=\oldwrite}
6457 \global\let\oldchapternofonts=\chapternofonts
6458 \gdef\chapternofonts{\let\write=\skipwrite\oldchapternofonts}
6459 @end tex
6461 @node RPN Answer 1, RPN Answer 2, Answers to Exercises, Answers to Exercises
6462 @subsection RPN Tutorial Exercise 1
6464 @noindent
6465 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 3 @key{RET} 4 + * -}
6467 The result is 
6468 @texline @math{1 - (2 \times (3 + 4)) = -13}.
6469 @infoline @expr{1 - (2 * (3 + 4)) = -13}.
6471 @node RPN Answer 2, RPN Answer 3, RPN Answer 1, Answers to Exercises
6472 @subsection RPN Tutorial Exercise 2
6474 @noindent
6475 @texline @math{2\times4 + 7\times9.5 + {5\over4} = 75.75}
6476 @infoline @expr{2*4 + 7*9.5 + 5/4 = 75.75}
6478 After computing the intermediate term 
6479 @texline @math{2\times4 = 8},
6480 @infoline @expr{2*4 = 8}, 
6481 you can leave that result on the stack while you compute the second
6482 term.  With both of these results waiting on the stack you can then
6483 compute the final term, then press @kbd{+ +} to add everything up.
6485 @smallexample
6486 @group
6487 2:  2          1:  8          3:  8          2:  8
6488 1:  4              .          2:  7          1:  66.5
6489     .                         1:  9.5            .
6490                                   .
6492   2 @key{RET} 4          *          7 @key{RET} 9.5          *
6494 @end group
6495 @end smallexample
6496 @noindent
6497 @smallexample
6498 @group
6499 4:  8          3:  8          2:  8          1:  75.75
6500 3:  66.5       2:  66.5       1:  67.75          .
6501 2:  5          1:  1.25           .
6502 1:  4              .
6503     .
6505   5 @key{RET} 4          /              +              +
6506 @end group
6507 @end smallexample
6509 Alternatively, you could add the first two terms before going on
6510 with the third term.
6512 @smallexample
6513 @group
6514 2:  8          1:  74.5       3:  74.5       2:  74.5       1:  75.75
6515 1:  66.5           .          2:  5          1:  1.25           .
6516     .                         1:  4              .
6517                                   .
6519    ...             +            5 @key{RET} 4          /              +
6520 @end group
6521 @end smallexample
6523 On an old-style RPN calculator this second method would have the
6524 advantage of using only three stack levels.  But since Calc's stack
6525 can grow arbitrarily large this isn't really an issue.  Which method
6526 you choose is purely a matter of taste.
6528 @node RPN Answer 3, RPN Answer 4, RPN Answer 2, Answers to Exercises
6529 @subsection RPN Tutorial Exercise 3
6531 @noindent
6532 The @key{TAB} key provides a way to operate on the number in level 2.
6534 @smallexample
6535 @group
6536 3:  10         3:  10         4:  10         3:  10         3:  10
6537 2:  20         2:  30         3:  30         2:  30         2:  21
6538 1:  30         1:  20         2:  20         1:  21         1:  30
6539     .              .          1:  1              .              .
6540                                   .
6542                   @key{TAB}             1              +             @key{TAB}
6543 @end group
6544 @end smallexample
6546 Similarly, @kbd{M-@key{TAB}} gives you access to the number in level 3.
6548 @smallexample
6549 @group
6550 3:  10         3:  21         3:  21         3:  30         3:  11
6551 2:  21         2:  30         2:  30         2:  11         2:  21
6552 1:  30         1:  10         1:  11         1:  21         1:  30
6553     .              .              .              .              .
6555                   M-@key{TAB}           1 +           M-@key{TAB}          M-@key{TAB}
6556 @end group
6557 @end smallexample
6559 @node RPN Answer 4, Algebraic Answer 1, RPN Answer 3, Answers to Exercises
6560 @subsection RPN Tutorial Exercise 4
6562 @noindent
6563 Either @kbd{( 2 , 3 )} or @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )} would have worked,
6564 but using both the comma and the space at once yields:
6566 @smallexample
6567 @group
6568 1:  ( ...      2:  ( ...      1:  (2, ...    2:  (2, ...    2:  (2, ...
6569     .          1:  2              .          1:  (2, ...    1:  (2, 3)
6570                    .                             .              .
6572     (              2              ,             @key{SPC}            3 )
6573 @end group
6574 @end smallexample
6576 Joe probably tried to type @kbd{@key{TAB} @key{DEL}} to swap the
6577 extra incomplete object to the top of the stack and delete it.
6578 But a feature of Calc is that @key{DEL} on an incomplete object
6579 deletes just one component out of that object, so he had to press
6580 @key{DEL} twice to finish the job.
6582 @smallexample
6583 @group
6584 2:  (2, ...    2:  (2, 3)     2:  (2, 3)     1:  (2, 3)
6585 1:  (2, 3)     1:  (2, ...    1:  ( ...          .
6586     .              .              .
6588                   @key{TAB}            @key{DEL}            @key{DEL}
6589 @end group
6590 @end smallexample
6592 (As it turns out, deleting the second-to-top stack entry happens often
6593 enough that Calc provides a special key, @kbd{M-@key{DEL}}, to do just that.
6594 @kbd{M-@key{DEL}} is just like @kbd{@key{TAB} @key{DEL}}, except that it doesn't exhibit
6595 the ``feature'' that tripped poor Joe.)
6597 @node Algebraic Answer 1, Algebraic Answer 2, RPN Answer 4, Answers to Exercises
6598 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 1
6600 @noindent
6601 Type @kbd{' sqrt($) @key{RET}}.
6603 If the @kbd{Q} key is broken, you could use @kbd{' $^0.5 @key{RET}}.
6604 Or, RPN style, @kbd{0.5 ^}.
6606 (Actually, @samp{$^1:2}, using the fraction one-half as the power, is
6607 a closer equivalent, since @samp{9^0.5} yields @expr{3.0} whereas
6608 @samp{sqrt(9)} and @samp{9^1:2} yield the exact integer @expr{3}.)
6610 @node Algebraic Answer 2, Algebraic Answer 3, Algebraic Answer 1, Answers to Exercises
6611 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 2
6613 @noindent
6614 In the formula @samp{2 x (1+y)}, @samp{x} was interpreted as a function
6615 name with @samp{1+y} as its argument.  Assigning a value to a variable
6616 has no relation to a function by the same name.  Joe needed to use an
6617 explicit @samp{*} symbol here:  @samp{2 x*(1+y)}.
6619 @node Algebraic Answer 3, Modes Answer 1, Algebraic Answer 2, Answers to Exercises
6620 @subsection Algebraic Entry Tutorial Exercise 3
6622 @noindent
6623 The result from @kbd{1 @key{RET} 0 /} will be the formula @expr{1 / 0}.
6624 The ``function'' @samp{/} cannot be evaluated when its second argument
6625 is zero, so it is left in symbolic form.  When you now type @kbd{0 *},
6626 the result will be zero because Calc uses the general rule that ``zero
6627 times anything is zero.''
6629 @c [fix-ref Infinities]
6630 The @kbd{m i} command enables an @dfn{Infinite mode} in which @expr{1 / 0}
6631 results in a special symbol that represents ``infinity.''  If you
6632 multiply infinity by zero, Calc uses another special new symbol to
6633 show that the answer is ``indeterminate.''  @xref{Infinities}, for
6634 further discussion of infinite and indeterminate values.
6636 @node Modes Answer 1, Modes Answer 2, Algebraic Answer 3, Answers to Exercises
6637 @subsection Modes Tutorial Exercise 1
6639 @noindent
6640 Calc always stores its numbers in decimal, so even though one-third has
6641 an exact base-3 representation (@samp{3#0.1}), it is still stored as
6642 0.3333333 (chopped off after 12 or however many decimal digits) inside
6643 the calculator's memory.  When this inexact number is converted back
6644 to base 3 for display, it may still be slightly inexact.  When we
6645 multiply this number by 3, we get 0.999999, also an inexact value.
6647 When Calc displays a number in base 3, it has to decide how many digits
6648 to show.  If the current precision is 12 (decimal) digits, that corresponds
6649 to @samp{12 / log10(3) = 25.15} base-3 digits.  Because 25.15 is not an
6650 exact integer, Calc shows only 25 digits, with the result that stored
6651 numbers carry a little bit of extra information that may not show up on
6652 the screen.  When Joe entered @samp{3#0.2}, the stored number 0.666666
6653 happened to round to a pleasing value when it lost that last 0.15 of a
6654 digit, but it was still inexact in Calc's memory.  When he divided by 2,
6655 he still got the dreaded inexact value 0.333333.  (Actually, he divided
6656 0.666667 by 2 to get 0.333334, which is why he got something a little
6657 higher than @code{3#0.1} instead of a little lower.)
6659 If Joe didn't want to be bothered with all this, he could have typed
6660 @kbd{M-24 d n} to display with one less digit than the default.  (If
6661 you give @kbd{d n} a negative argument, it uses default-minus-that,
6662 so @kbd{M-- d n} would be an easier way to get the same effect.)  Those
6663 inexact results would still be lurking there, but they would now be
6664 rounded to nice, natural-looking values for display purposes.  (Remember,
6665 @samp{0.022222} in base 3 is like @samp{0.099999} in base 10; rounding
6666 off one digit will round the number up to @samp{0.1}.)  Depending on the
6667 nature of your work, this hiding of the inexactness may be a benefit or
6668 a danger.  With the @kbd{d n} command, Calc gives you the choice.
6670 Incidentally, another consequence of all this is that if you type
6671 @kbd{M-30 d n} to display more digits than are ``really there,''
6672 you'll see garbage digits at the end of the number.  (In decimal
6673 display mode, with decimally-stored numbers, these garbage digits are
6674 always zero so they vanish and you don't notice them.)  Because Calc
6675 rounds off that 0.15 digit, there is the danger that two numbers could
6676 be slightly different internally but still look the same.  If you feel
6677 uneasy about this, set the @kbd{d n} precision to be a little higher
6678 than normal; you'll get ugly garbage digits, but you'll always be able
6679 to tell two distinct numbers apart.
6681 An interesting side note is that most computers store their
6682 floating-point numbers in binary, and convert to decimal for display.
6683 Thus everyday programs have the same problem:  Decimal 0.1 cannot be
6684 represented exactly in binary (try it: @kbd{0.1 d 2}), so @samp{0.1 * 10}
6685 comes out as an inexact approximation to 1 on some machines (though
6686 they generally arrange to hide it from you by rounding off one digit as
6687 we did above).  Because Calc works in decimal instead of binary, you can
6688 be sure that numbers that look exact @emph{are} exact as long as you stay
6689 in decimal display mode.
6691 It's not hard to show that any number that can be represented exactly
6692 in binary, octal, or hexadecimal is also exact in decimal, so the kinds
6693 of problems we saw in this exercise are likely to be severe only when
6694 you use a relatively unusual radix like 3.
6696 @node Modes Answer 2, Modes Answer 3, Modes Answer 1, Answers to Exercises
6697 @subsection Modes Tutorial Exercise 2
6699 If the radix is 15 or higher, we can't use the letter @samp{e} to mark
6700 the exponent because @samp{e} is interpreted as a digit.  When Calc
6701 needs to display scientific notation in a high radix, it writes
6702 @samp{16#F.E8F*16.^15}.  You can enter a number like this as an
6703 algebraic entry.  Also, pressing @kbd{e} without any digits before it
6704 normally types @kbd{1e}, but in a high radix it types @kbd{16.^} and
6705 puts you in algebraic entry:  @kbd{16#f.e8f @key{RET} e 15 @key{RET} *} is another
6706 way to enter this number.
6708 The reason Calc puts a decimal point in the @samp{16.^} is to prevent
6709 huge integers from being generated if the exponent is large (consider
6710 @samp{16#1.23*16^1000}, where we compute @samp{16^1000} as a giant
6711 exact integer and then throw away most of the digits when we multiply
6712 it by the floating-point @samp{16#1.23}).  While this wouldn't normally
6713 matter for display purposes, it could give you a nasty surprise if you
6714 copied that number into a file and later moved it back into Calc.
6716 @node Modes Answer 3, Modes Answer 4, Modes Answer 2, Answers to Exercises
6717 @subsection Modes Tutorial Exercise 3
6719 @noindent
6720 The answer he got was @expr{0.5000000000006399}.
6722 The problem is not that the square operation is inexact, but that the
6723 sine of 45 that was already on the stack was accurate to only 12 places.
6724 Arbitrary-precision calculations still only give answers as good as
6725 their inputs.
6727 The real problem is that there is no 12-digit number which, when
6728 squared, comes out to 0.5 exactly.  The @kbd{f [} and @kbd{f ]}
6729 commands decrease or increase a number by one unit in the last
6730 place (according to the current precision).  They are useful for
6731 determining facts like this.
6733 @smallexample
6734 @group
6735 1:  0.707106781187      1:  0.500000000001
6736     .                       .
6738     45 S                    2 ^
6740 @end group
6741 @end smallexample
6742 @noindent
6743 @smallexample
6744 @group
6745 1:  0.707106781187      1:  0.707106781186      1:  0.499999999999
6746     .                       .                       .
6748     U  @key{DEL}                  f [                     2 ^
6749 @end group
6750 @end smallexample
6752 A high-precision calculation must be carried out in high precision
6753 all the way.  The only number in the original problem which was known
6754 exactly was the quantity 45 degrees, so the precision must be raised
6755 before anything is done after the number 45 has been entered in order
6756 for the higher precision to be meaningful.
6758 @node Modes Answer 4, Arithmetic Answer 1, Modes Answer 3, Answers to Exercises
6759 @subsection Modes Tutorial Exercise 4
6761 @noindent
6762 Many calculations involve real-world quantities, like the width and
6763 height of a piece of wood or the volume of a jar.  Such quantities
6764 can't be measured exactly anyway, and if the data that is input to
6765 a calculation is inexact, doing exact arithmetic on it is a waste
6766 of time.
6768 Fractions become unwieldy after too many calculations have been
6769 done with them.  For example, the sum of the reciprocals of the
6770 integers from 1 to 10 is 7381:2520.  The sum from 1 to 30 is
6771 9304682830147:2329089562800.  After a point it will take a long
6772 time to add even one more term to this sum, but a floating-point
6773 calculation of the sum will not have this problem.
6775 Also, rational numbers cannot express the results of all calculations.
6776 There is no fractional form for the square root of two, so if you type
6777 @w{@kbd{2 Q}}, Calc has no choice but to give you a floating-point answer.
6779 @node Arithmetic Answer 1, Arithmetic Answer 2, Modes Answer 4, Answers to Exercises
6780 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 1
6782 @noindent
6783 Dividing two integers that are larger than the current precision may
6784 give a floating-point result that is inaccurate even when rounded
6785 down to an integer.  Consider @expr{123456789 / 2} when the current
6786 precision is 6 digits.  The true answer is @expr{61728394.5}, but
6787 with a precision of 6 this will be rounded to 
6788 @texline @math{12345700.0/2.0 = 61728500.0}.
6789 @infoline @expr{12345700.@: / 2.@: = 61728500.}.
6790 The result, when converted to an integer, will be off by 106.
6792 Here are two solutions:  Raise the precision enough that the
6793 floating-point round-off error is strictly to the right of the
6794 decimal point.  Or, convert to Fraction mode so that @expr{123456789 / 2}
6795 produces the exact fraction @expr{123456789:2}, which can be rounded
6796 down by the @kbd{F} command without ever switching to floating-point
6797 format.
6799 @node Arithmetic Answer 2, Vector Answer 1, Arithmetic Answer 1, Answers to Exercises
6800 @subsection Arithmetic Tutorial Exercise 2
6802 @noindent
6803 @kbd{27 @key{RET} 9 B} could give the exact result @expr{3:2}, but it
6804 does a floating-point calculation instead and produces @expr{1.5}.
6806 Calc will find an exact result for a logarithm if the result is an integer
6807 or (when in Fraction mode) the reciprocal of an integer.  But there is
6808 no efficient way to search the space of all possible rational numbers
6809 for an exact answer, so Calc doesn't try.
6811 @node Vector Answer 1, Vector Answer 2, Arithmetic Answer 2, Answers to Exercises
6812 @subsection Vector Tutorial Exercise 1
6814 @noindent
6815 Duplicate the vector, compute its length, then divide the vector
6816 by its length:  @kbd{@key{RET} A /}.
6818 @smallexample
6819 @group
6820 1:  [1, 2, 3]  2:  [1, 2, 3]      1:  [0.27, 0.53, 0.80]  1:  1.
6821     .          1:  3.74165738677      .                       .
6822                    .
6824     r 1            @key{RET} A              /                       A
6825 @end group
6826 @end smallexample
6828 The final @kbd{A} command shows that the normalized vector does
6829 indeed have unit length.
6831 @node Vector Answer 2, Matrix Answer 1, Vector Answer 1, Answers to Exercises
6832 @subsection Vector Tutorial Exercise 2
6834 @noindent
6835 The average position is equal to the sum of the products of the
6836 positions times their corresponding probabilities.  This is the
6837 definition of the dot product operation.  So all you need to do
6838 is to put the two vectors on the stack and press @kbd{*}.
6840 @node Matrix Answer 1, Matrix Answer 2, Vector Answer 2, Answers to Exercises
6841 @subsection Matrix Tutorial Exercise 1
6843 @noindent
6844 The trick is to multiply by a vector of ones.  Use @kbd{r 4 [1 1 1] *} to
6845 get the row sum.  Similarly, use @kbd{[1 1] r 4 *} to get the column sum.
6847 @node Matrix Answer 2, Matrix Answer 3, Matrix Answer 1, Answers to Exercises
6848 @subsection Matrix Tutorial Exercise 2
6850 @ifnottex
6851 @example
6852 @group
6853    x + a y = 6
6854    x + b y = 10
6855 @end group
6856 @end example
6857 @end ifnottex
6858 @tex
6859 \turnoffactive
6860 \beforedisplay
6861 $$ \eqalign{ x &+ a y = 6 \cr
6862              x &+ b y = 10}
6864 \afterdisplay
6865 @end tex
6867 Just enter the righthand side vector, then divide by the lefthand side
6868 matrix as usual.
6870 @smallexample
6871 @group
6872 1:  [6, 10]    2:  [6, 10]         1:  [6 - 4 a / (b - a), 4 / (b - a) ]
6873     .          1:  [ [ 1, a ]          .
6874                      [ 1, b ] ]
6875                    .
6877 ' [6 10] @key{RET}     ' [1 a; 1 b] @key{RET}      /
6878 @end group
6879 @end smallexample
6881 This can be made more readable using @kbd{d B} to enable Big display
6882 mode:
6884 @smallexample
6885 @group
6886           4 a     4
6887 1:  [6 - -----, -----]
6888          b - a  b - a
6889 @end group
6890 @end smallexample
6892 Type @kbd{d N} to return to Normal display mode afterwards.
6894 @node Matrix Answer 3, List Answer 1, Matrix Answer 2, Answers to Exercises
6895 @subsection Matrix Tutorial Exercise 3
6897 @noindent
6898 To solve 
6899 @texline @math{A^T A \, X = A^T B},
6900 @infoline @expr{trn(A) * A * X = trn(A) * B}, 
6901 first we compute
6902 @texline @math{A' = A^T A}
6903 @infoline @expr{A2 = trn(A) * A} 
6904 and 
6905 @texline @math{B' = A^T B};
6906 @infoline @expr{B2 = trn(A) * B}; 
6907 now, we have a system 
6908 @texline @math{A' X = B'}
6909 @infoline @expr{A2 * X = B2} 
6910 which we can solve using Calc's @samp{/} command.
6912 @ifnottex
6913 @example
6914 @group
6915     a + 2b + 3c = 6
6916    4a + 5b + 6c = 2
6917    7a + 6b      = 3
6918    2a + 4b + 6c = 11
6919 @end group
6920 @end example
6921 @end ifnottex
6922 @tex
6923 \turnoffactive
6924 \beforedisplayh
6925 $$ \openup1\jot \tabskip=0pt plus1fil
6926 \halign to\displaywidth{\tabskip=0pt
6927    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
6928    $\hfil#$&$\hfil{}#{}$&
6929    $\hfil#$&${}#\hfil$\tabskip=0pt plus1fil\cr
6930   a&+&2b&+&3c&=6 \cr
6931  4a&+&5b&+&6c&=2 \cr
6932  7a&+&6b& &  &=3 \cr
6933  2a&+&4b&+&6c&=11 \cr}
6935 \afterdisplayh
6936 @end tex
6938 The first step is to enter the coefficient matrix.  We'll store it in
6939 quick variable number 7 for later reference.  Next, we compute the
6940 @texline @math{B'}
6941 @infoline @expr{B2} 
6942 vector.
6944 @smallexample
6945 @group
6946 1:  [ [ 1, 2, 3 ]             2:  [ [ 1, 4, 7, 2 ]     1:  [57, 84, 96]
6947       [ 4, 5, 6 ]                   [ 2, 5, 6, 4 ]         .
6948       [ 7, 6, 0 ]                   [ 3, 6, 0, 6 ] ]
6949       [ 2, 4, 6 ] ]           1:  [6, 2, 3, 11]
6950     .                             .
6952 ' [1 2 3; 4 5 6; 7 6 0; 2 4 6] @key{RET}  s 7  v t  [6 2 3 11]   *
6953 @end group
6954 @end smallexample
6956 @noindent
6957 Now we compute the matrix 
6958 @texline @math{A'}
6959 @infoline @expr{A2} 
6960 and divide.
6962 @smallexample
6963 @group
6964 2:  [57, 84, 96]          1:  [-11.64, 14.08, -3.64]
6965 1:  [ [ 70, 72, 39 ]          .
6966       [ 72, 81, 60 ]
6967       [ 39, 60, 81 ] ]
6968     .
6970     r 7 v t r 7 *             /
6971 @end group
6972 @end smallexample
6974 @noindent
6975 (The actual computed answer will be slightly inexact due to
6976 round-off error.)
6978 Notice that the answers are similar to those for the 
6979 @texline @math{3\times3}
6980 @infoline 3x3
6981 system solved in the text.  That's because the fourth equation that was 
6982 added to the system is almost identical to the first one multiplied
6983 by two.  (If it were identical, we would have gotten the exact same
6984 answer since the 
6985 @texline @math{4\times3}
6986 @infoline 4x3
6987 system would be equivalent to the original 
6988 @texline @math{3\times3}
6989 @infoline 3x3
6990 system.)
6992 Since the first and fourth equations aren't quite equivalent, they
6993 can't both be satisfied at once.  Let's plug our answers back into
6994 the original system of equations to see how well they match.
6996 @smallexample
6997 @group
6998 2:  [-11.64, 14.08, -3.64]     1:  [5.6, 2., 3., 11.2]
6999 1:  [ [ 1, 2, 3 ]                  .
7000       [ 4, 5, 6 ]
7001       [ 7, 6, 0 ]
7002       [ 2, 4, 6 ] ]
7003     .
7005     r 7                            @key{TAB} *
7006 @end group
7007 @end smallexample
7009 @noindent
7010 This is reasonably close to our original @expr{B} vector,
7011 @expr{[6, 2, 3, 11]}.
7013 @node List Answer 1, List Answer 2, Matrix Answer 3, Answers to Exercises
7014 @subsection List Tutorial Exercise 1
7016 @noindent
7017 We can use @kbd{v x} to build a vector of integers.  This needs to be
7018 adjusted to get the range of integers we desire.  Mapping @samp{-}
7019 across the vector will accomplish this, although it turns out the
7020 plain @samp{-} key will work just as well.
7022 @smallexample
7023 @group
7024 2:  2                              2:  2
7025 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]    1:  [-4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4]
7026     .                                  .
7028     2  v x 9 @key{RET}                       5 V M -   or   5 -
7029 @end group
7030 @end smallexample
7032 @noindent
7033 Now we use @kbd{V M ^} to map the exponentiation operator across the
7034 vector.
7036 @smallexample
7037 @group
7038 1:  [0.0625, 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2, 4, 8, 16]
7039     .
7041     V M ^
7042 @end group
7043 @end smallexample
7045 @node List Answer 2, List Answer 3, List Answer 1, Answers to Exercises
7046 @subsection List Tutorial Exercise 2
7048 @noindent
7049 Given @expr{x} and @expr{y} vectors in quick variables 1 and 2 as before,
7050 the first job is to form the matrix that describes the problem.
7052 @ifnottex
7053 @example
7054    m*x + b*1 = y
7055 @end example
7056 @end ifnottex
7057 @tex
7058 \turnoffactive
7059 \beforedisplay
7060 $$ m \times x + b \times 1 = y $$
7061 \afterdisplay
7062 @end tex
7064 Thus we want a 
7065 @texline @math{19\times2}
7066 @infoline 19x2
7067 matrix with our @expr{x} vector as one column and
7068 ones as the other column.  So, first we build the column of ones, then
7069 we combine the two columns to form our @expr{A} matrix.
7071 @smallexample
7072 @group
7073 2:  [1.34, 1.41, 1.49, ... ]    1:  [ [ 1.34, 1 ]
7074 1:  [1, 1, 1, ...]                    [ 1.41, 1 ]
7075     .                                 [ 1.49, 1 ]
7076                                       @dots{}
7078     r 1 1 v b 19 @key{RET}                M-2 v p v t   s 3
7079 @end group
7080 @end smallexample
7082 @noindent
7083 Now we compute 
7084 @texline @math{A^T y}
7085 @infoline @expr{trn(A) * y} 
7086 and 
7087 @texline @math{A^T A}
7088 @infoline @expr{trn(A) * A} 
7089 and divide.
7091 @smallexample
7092 @group
7093 1:  [33.36554, 13.613]    2:  [33.36554, 13.613]
7094     .                     1:  [ [ 98.0003, 41.63 ]
7095                                 [  41.63,   19   ] ]
7096                               .
7098  v t r 2 *                    r 3 v t r 3 *
7099 @end group
7100 @end smallexample
7102 @noindent
7103 (Hey, those numbers look familiar!)
7105 @smallexample
7106 @group
7107 1:  [0.52141679, -0.425978]
7108     .
7110     /
7111 @end group
7112 @end smallexample
7114 Since we were solving equations of the form 
7115 @texline @math{m \times x + b \times 1 = y},
7116 @infoline @expr{m*x + b*1 = y}, 
7117 these numbers should be @expr{m} and @expr{b}, respectively.  Sure
7118 enough, they agree exactly with the result computed using @kbd{V M} and
7119 @kbd{V R}!
7121 The moral of this story:  @kbd{V M} and @kbd{V R} will probably solve
7122 your problem, but there is often an easier way using the higher-level
7123 arithmetic functions!
7125 @c [fix-ref Curve Fitting]
7126 In fact, there is a built-in @kbd{a F} command that does least-squares
7127 fits.  @xref{Curve Fitting}.
7129 @node List Answer 3, List Answer 4, List Answer 2, Answers to Exercises
7130 @subsection List Tutorial Exercise 3
7132 @noindent
7133 Move to one end of the list and press @kbd{C-@@} (or @kbd{C-@key{SPC}} or
7134 whatever) to set the mark, then move to the other end of the list
7135 and type @w{@kbd{C-x * g}}.
7137 @smallexample
7138 @group
7139 1:  [2.3, 6, 22, 15.1, 7, 15, 14, 7.5, 2.5]
7140     .
7141 @end group
7142 @end smallexample
7144 To make things interesting, let's assume we don't know at a glance
7145 how many numbers are in this list.  Then we could type:
7147 @smallexample
7148 @group
7149 2:  [2.3, 6, 22, ... ]     2:  [2.3, 6, 22, ... ]
7150 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  126356422.5
7151     .                          .
7153     @key{RET}                        V R *
7155 @end group
7156 @end smallexample
7157 @noindent
7158 @smallexample
7159 @group
7160 2:  126356422.5            2:  126356422.5     1:  7.94652913734
7161 1:  [2.3, 6, 22, ... ]     1:  9                   .
7162     .                          .
7164     @key{TAB}                        v l                 I ^
7165 @end group
7166 @end smallexample
7168 @noindent
7169 (The @kbd{I ^} command computes the @var{n}th root of a number.
7170 You could also type @kbd{& ^} to take the reciprocal of 9 and
7171 then raise the number to that power.)
7173 @node List Answer 4, List Answer 5, List Answer 3, Answers to Exercises
7174 @subsection List Tutorial Exercise 4
7176 @noindent
7177 A number @expr{j} is a divisor of @expr{n} if 
7178 @texline @math{n \mathbin{\hbox{\code{\%}}} j = 0}.
7179 @infoline @samp{n % j = 0}.  
7180 The first step is to get a vector that identifies the divisors.
7182 @smallexample
7183 @group
7184 2:  30                  2:  [0, 0, 0, 2, ...]    1:  [1, 1, 1, 0, ...]
7185 1:  [1, 2, 3, 4, ...]   1:  0                        .
7186     .                       .
7188  30 @key{RET} v x 30 @key{RET}   s 1    V M %  0                 V M a =  s 2
7189 @end group
7190 @end smallexample
7192 @noindent
7193 This vector has 1's marking divisors of 30 and 0's marking non-divisors.
7195 The zeroth divisor function is just the total number of divisors.
7196 The first divisor function is the sum of the divisors.
7198 @smallexample
7199 @group
7200 1:  8      3:  8                    2:  8                    2:  8
7201            2:  [1, 2, 3, 4, ...]    1:  [1, 2, 3, 0, ...]    1:  72
7202            1:  [1, 1, 1, 0, ...]        .                        .
7203                .
7205    V R +       r 1 r 2                  V M *                  V R +
7206 @end group
7207 @end smallexample
7209 @noindent
7210 Once again, the last two steps just compute a dot product for which
7211 a simple @kbd{*} would have worked equally well.
7213 @node List Answer 5, List Answer 6, List Answer 4, Answers to Exercises
7214 @subsection List Tutorial Exercise 5
7216 @noindent
7217 The obvious first step is to obtain the list of factors with @kbd{k f}.
7218 This list will always be in sorted order, so if there are duplicates
7219 they will be right next to each other.  A suitable method is to compare
7220 the list with a copy of itself shifted over by one.
7222 @smallexample
7223 @group
7224 1:  [3, 7, 7, 7, 19]   2:  [3, 7, 7, 7, 19]     2:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]
7225     .                  1:  [3, 7, 7, 7, 19, 0]  1:  [0, 3, 7, 7, 7, 19]
7226                            .                        .
7228     19551 k f              @key{RET} 0 |                  @key{TAB} 0 @key{TAB} |
7230 @end group
7231 @end smallexample
7232 @noindent
7233 @smallexample
7234 @group
7235 1:  [0, 0, 1, 1, 0, 0]   1:  2          1:  0
7236     .                        .              .
7238     V M a =                  V R +          0 a =
7239 @end group
7240 @end smallexample
7242 @noindent
7243 Note that we have to arrange for both vectors to have the same length
7244 so that the mapping operation works; no prime factor will ever be
7245 zero, so adding zeros on the left and right is safe.  From then on
7246 the job is pretty straightforward.
7248 Incidentally, Calc provides the 
7249 @texline @dfn{M@"obius} @math{\mu}
7250 @infoline @dfn{Moebius mu} 
7251 function which is zero if and only if its argument is square-free.  It
7252 would be a much more convenient way to do the above test in practice.
7254 @node List Answer 6, List Answer 7, List Answer 5, Answers to Exercises
7255 @subsection List Tutorial Exercise 6
7257 @noindent
7258 First use @kbd{v x 6 @key{RET}} to get a list of integers, then @kbd{V M v x}
7259 to get a list of lists of integers!
7261 @node List Answer 7, List Answer 8, List Answer 6, Answers to Exercises
7262 @subsection List Tutorial Exercise 7
7264 @noindent
7265 Here's one solution.  First, compute the triangular list from the previous
7266 exercise and type @kbd{1 -} to subtract one from all the elements.
7268 @smallexample
7269 @group
7270 1:  [ [0],
7271       [0, 1],
7272       [0, 1, 2],
7273       @dots{}
7275     1 -
7276 @end group
7277 @end smallexample
7279 The numbers down the lefthand edge of the list we desire are called
7280 the ``triangular numbers'' (now you know why!).  The @expr{n}th
7281 triangular number is the sum of the integers from 1 to @expr{n}, and
7282 can be computed directly by the formula 
7283 @texline @math{n (n+1) \over 2}.
7284 @infoline @expr{n * (n+1) / 2}.
7286 @smallexample
7287 @group
7288 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7289 1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5]      1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7290     .                           .
7292     v x 6 @key{RET} 1 -               V M ' $ ($+1)/2 @key{RET}
7293 @end group
7294 @end smallexample
7296 @noindent
7297 Adding this list to the above list of lists produces the desired
7298 result:
7300 @smallexample
7301 @group
7302 1:  [ [0],
7303       [1, 2],
7304       [3, 4, 5],
7305       [6, 7, 8, 9],
7306       [10, 11, 12, 13, 14],
7307       [15, 16, 17, 18, 19, 20] ]
7308       .
7310       V M +
7311 @end group
7312 @end smallexample
7314 If we did not know the formula for triangular numbers, we could have
7315 computed them using a @kbd{V U +} command.  We could also have
7316 gotten them the hard way by mapping a reduction across the original
7317 triangular list.
7319 @smallexample
7320 @group
7321 2:  [ [0], [0, 1], ... ]    2:  [ [0], [0, 1], ... ]
7322 1:  [ [0], [0, 1], ... ]    1:  [0, 1, 3, 6, 10, 15]
7323     .                           .
7325     @key{RET}                         V M V R +
7326 @end group
7327 @end smallexample
7329 @noindent
7330 (This means ``map a @kbd{V R +} command across the vector,'' and
7331 since each element of the main vector is itself a small vector,
7332 @kbd{V R +} computes the sum of its elements.)
7334 @node List Answer 8, List Answer 9, List Answer 7, Answers to Exercises
7335 @subsection List Tutorial Exercise 8
7337 @noindent
7338 The first step is to build a list of values of @expr{x}.
7340 @smallexample
7341 @group
7342 1:  [1, 2, 3, ..., 21]  1:  [0, 1, 2, ..., 20]  1:  [0, 0.25, 0.5, ..., 5]
7343     .                       .                       .
7345     v x 21 @key{RET}              1 -                     4 /  s 1
7346 @end group
7347 @end smallexample
7349 Next, we compute the Bessel function values.
7351 @smallexample
7352 @group
7353 1:  [0., 0.124, 0.242, ..., -0.328]
7354     .
7356     V M ' besJ(1,$) @key{RET}
7357 @end group
7358 @end smallexample
7360 @noindent
7361 (Another way to do this would be @kbd{1 @key{TAB} V M f j}.)
7363 A way to isolate the maximum value is to compute the maximum using
7364 @kbd{V R X}, then compare all the Bessel values with that maximum.
7366 @smallexample
7367 @group
7368 2:  [0., 0.124, 0.242, ... ]   1:  [0, 0, 0, ... ]    2:  [0, 0, 0, ... ]
7369 1:  0.5801562                      .                  1:  1
7370     .                                                     .
7372     @key{RET} V R X                      V M a =                @key{RET} V R +    @key{DEL}
7373 @end group
7374 @end smallexample
7376 @noindent
7377 It's a good idea to verify, as in the last step above, that only
7378 one value is equal to the maximum.  (After all, a plot of 
7379 @texline @math{\sin x}
7380 @infoline @expr{sin(x)}
7381 might have many points all equal to the maximum value, 1.)
7383 The vector we have now has a single 1 in the position that indicates
7384 the maximum value of @expr{x}.  Now it is a simple matter to convert
7385 this back into the corresponding value itself.
7387 @smallexample
7388 @group
7389 2:  [0, 0, 0, ... ]         1:  [0, 0., 0., ... ]    1:  1.75
7390 1:  [0, 0.25, 0.5, ... ]        .                        .
7391     .
7393     r 1                         V M *                    V R +
7394 @end group
7395 @end smallexample
7397 If @kbd{a =} had produced more than one @expr{1} value, this method
7398 would have given the sum of all maximum @expr{x} values; not very
7399 useful!  In this case we could have used @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector})
7400 instead.  This command deletes all elements of a ``data'' vector that
7401 correspond to zeros in a ``mask'' vector, leaving us with, in this
7402 example, a vector of maximum @expr{x} values.
7404 The built-in @kbd{a X} command maximizes a function using more
7405 efficient methods.  Just for illustration, let's use @kbd{a X}
7406 to maximize @samp{besJ(1,x)} over this same interval.
7408 @smallexample
7409 @group
7410 2:  besJ(1, x)                 1:  [1.84115, 0.581865]
7411 1:  [0 .. 5]                       .
7412     .
7414 ' besJ(1,x), [0..5] @key{RET}            a X x @key{RET}
7415 @end group
7416 @end smallexample
7418 @noindent
7419 The output from @kbd{a X} is a vector containing the value of @expr{x}
7420 that maximizes the function, and the function's value at that maximum.
7421 As you can see, our simple search got quite close to the right answer.
7423 @node List Answer 9, List Answer 10, List Answer 8, Answers to Exercises
7424 @subsection List Tutorial Exercise 9
7426 @noindent
7427 Step one is to convert our integer into vector notation.
7429 @smallexample
7430 @group
7431 1:  25129925999           3:  25129925999
7432     .                     2:  10
7433                           1:  [11, 10, 9, ..., 1, 0]
7434                               .
7436     25129925999 @key{RET}           10 @key{RET} 12 @key{RET} v x 12 @key{RET} -
7438 @end group
7439 @end smallexample
7440 @noindent
7441 @smallexample
7442 @group
7443 1:  25129925999              1:  [0, 2, 25, 251, 2512, ... ]
7444 2:  [100000000000, ... ]         .
7445     .
7447     V M ^   s 1                  V M \
7448 @end group
7449 @end smallexample
7451 @noindent
7452 (Recall, the @kbd{\} command computes an integer quotient.)
7454 @smallexample
7455 @group
7456 1:  [0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 5, 9, 9, 9]
7457     .
7459     10 V M %   s 2
7460 @end group
7461 @end smallexample
7463 Next we must increment this number.  This involves adding one to
7464 the last digit, plus handling carries.  There is a carry to the
7465 left out of a digit if that digit is a nine and all the digits to
7466 the right of it are nines.
7468 @smallexample
7469 @group
7470 1:  [0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1]   1:  [1, 1, 1, 0, 0, 1, ... ]
7471     .                                          .
7473     9 V M a =                                  v v
7475 @end group
7476 @end smallexample
7477 @noindent
7478 @smallexample
7479 @group
7480 1:  [1, 1, 1, 0, 0, 0, ... ]   1:  [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1]
7481     .                              .
7483     V U *                          v v 1 |
7484 @end group
7485 @end smallexample
7487 @noindent
7488 Accumulating @kbd{*} across a vector of ones and zeros will preserve
7489 only the initial run of ones.  These are the carries into all digits
7490 except the rightmost digit.  Concatenating a one on the right takes
7491 care of aligning the carries properly, and also adding one to the
7492 rightmost digit.
7494 @smallexample
7495 @group
7496 2:  [0, 0, 0, 0, ... ]     1:  [0, 0, 2, 5, 1, 2, 9, 9, 2, 6, 0, 0, 0]
7497 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]         .
7498     .
7500     0 r 2 |                    V M +  10 V M %
7501 @end group
7502 @end smallexample
7504 @noindent
7505 Here we have concatenated 0 to the @emph{left} of the original number;
7506 this takes care of shifting the carries by one with respect to the
7507 digits that generated them.
7509 Finally, we must convert this list back into an integer.
7511 @smallexample
7512 @group
7513 3:  [0, 0, 2, 5, ... ]        2:  [0, 0, 2, 5, ... ]
7514 2:  1000000000000             1:  [1000000000000, 100000000000, ... ]
7515 1:  [100000000000, ... ]          .
7516     .
7518     10 @key{RET} 12 ^  r 1              |
7520 @end group
7521 @end smallexample
7522 @noindent
7523 @smallexample
7524 @group
7525 1:  [0, 0, 20000000000, 5000000000, ... ]    1:  25129926000
7526     .                                            .
7528     V M *                                        V R +
7529 @end group
7530 @end smallexample
7532 @noindent
7533 Another way to do this final step would be to reduce the formula
7534 @w{@samp{10 $$ + $}} across the vector of digits.
7536 @smallexample
7537 @group
7538 1:  [0, 0, 2, 5, ... ]        1:  25129926000
7539     .                             .
7541                                   V R ' 10 $$ + $ @key{RET}
7542 @end group
7543 @end smallexample
7545 @node List Answer 10, List Answer 11, List Answer 9, Answers to Exercises
7546 @subsection List Tutorial Exercise 10
7548 @noindent
7549 For the list @expr{[a, b, c, d]}, the result is @expr{((a = b) = c) = d},
7550 which will compare @expr{a} and @expr{b} to produce a 1 or 0, which is
7551 then compared with @expr{c} to produce another 1 or 0, which is then
7552 compared with @expr{d}.  This is not at all what Joe wanted.
7554 Here's a more correct method:
7556 @smallexample
7557 @group
7558 1:  [7, 7, 7, 8, 7]      2:  [7, 7, 7, 8, 7]
7559     .                    1:  7
7560                              .
7562   ' [7,7,7,8,7] @key{RET}          @key{RET} v r 1 @key{RET}
7564 @end group
7565 @end smallexample
7566 @noindent
7567 @smallexample
7568 @group
7569 1:  [1, 1, 1, 0, 1]      1:  0
7570     .                        .
7572     V M a =                  V R *
7573 @end group
7574 @end smallexample
7576 @node List Answer 11, List Answer 12, List Answer 10, Answers to Exercises
7577 @subsection List Tutorial Exercise 11
7579 @noindent
7580 The circle of unit radius consists of those points @expr{(x,y)} for which
7581 @expr{x^2 + y^2 < 1}.  We start by generating a vector of @expr{x^2}
7582 and a vector of @expr{y^2}.
7584 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7585 commands.
7587 @smallexample
7588 @group
7589 2:  [2., 2., ..., 2.]          2:  [2., 2., ..., 2.]
7590 1:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [1.16, 1.98, ..., 0.81]
7591     .                              .
7593  v . t .  2. v b 100 @key{RET} @key{RET}       V M k r
7595 @end group
7596 @end smallexample
7597 @noindent
7598 @smallexample
7599 @group
7600 2:  [2., 2., ..., 2.]          1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]
7601 1:  [0.026, 0.96, ..., 0.036]  2:  [0.53, 0.81, ..., 0.094]
7602     .                              .
7604     1 -  2 V M ^                   @key{TAB}  V M k r  1 -  2 V M ^
7605 @end group
7606 @end smallexample
7608 Now we sum the @expr{x^2} and @expr{y^2} values, compare with 1 to
7609 get a vector of 1/0 truth values, then sum the truth values.
7611 @smallexample
7612 @group
7613 1:  [0.56, 1.78, ..., 0.13]    1:  [1, 0, ..., 1]    1:  84
7614     .                              .                     .
7616     +                              1 V M a <             V R +
7617 @end group
7618 @end smallexample
7620 @noindent
7621 The ratio @expr{84/100} should approximate the ratio @cpiover{4}.
7623 @smallexample
7624 @group
7625 1:  0.84       1:  3.36       2:  3.36       1:  1.0695
7626     .              .          1:  3.14159        .
7628     100 /          4 *            P              /
7629 @end group
7630 @end smallexample
7632 @noindent
7633 Our estimate, 3.36, is off by about 7%.  We could get a better estimate
7634 by taking more points (say, 1000), but it's clear that this method is
7635 not very efficient!
7637 (Naturally, since this example uses random numbers your own answer
7638 will be slightly different from the one shown here!)
7640 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7641 return to full-sized display of vectors.
7643 @node List Answer 12, List Answer 13, List Answer 11, Answers to Exercises
7644 @subsection List Tutorial Exercise 12
7646 @noindent
7647 This problem can be made a lot easier by taking advantage of some
7648 symmetries.  First of all, after some thought it's clear that the
7649 @expr{y} axis can be ignored altogether.  Just pick a random @expr{x}
7650 component for one end of the match, pick a random direction 
7651 @texline @math{\theta},
7652 @infoline @expr{theta},
7653 and see if @expr{x} and 
7654 @texline @math{x + \cos \theta}
7655 @infoline @expr{x + cos(theta)} 
7656 (which is the @expr{x} coordinate of the other endpoint) cross a line.
7657 The lines are at integer coordinates, so this happens when the two
7658 numbers surround an integer.
7660 Since the two endpoints are equivalent, we may as well choose the leftmost
7661 of the two endpoints as @expr{x}.  Then @expr{theta} is an angle pointing
7662 to the right, in the range -90 to 90 degrees.  (We could use radians, but
7663 it would feel like cheating to refer to @cpiover{2} radians while trying
7664 to estimate @cpi{}!)
7666 In fact, since the field of lines is infinite we can choose the
7667 coordinates 0 and 1 for the lines on either side of the leftmost
7668 endpoint.  The rightmost endpoint will be between 0 and 1 if the
7669 match does not cross a line, or between 1 and 2 if it does.  So:
7670 Pick random @expr{x} and 
7671 @texline @math{\theta},
7672 @infoline @expr{theta}, 
7673 compute
7674 @texline @math{x + \cos \theta},
7675 @infoline @expr{x + cos(theta)},
7676 and count how many of the results are greater than one.  Simple!
7678 We can make this go a bit faster by using the @kbd{v .} and @kbd{t .}
7679 commands.
7681 @smallexample
7682 @group
7683 1:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]
7684     .                          1:  [78.4, 64.5, ..., -42.9]
7685                                    .
7687 v . t . 1. v b 100 @key{RET}  V M k r    180. v b 100 @key{RET}  V M k r  90 -
7688 @end group
7689 @end smallexample
7691 @noindent
7692 (The next step may be slow, depending on the speed of your computer.)
7694 @smallexample
7695 @group
7696 2:  [0.52, 0.71, ..., 0.72]    1:  [0.72, 1.14, ..., 1.45]
7697 1:  [0.20, 0.43, ..., 0.73]        .
7698     .
7700     m d  V M C                     +
7702 @end group
7703 @end smallexample
7704 @noindent
7705 @smallexample
7706 @group
7707 1:  [0, 1, ..., 1]       1:  0.64            1:  3.125
7708     .                        .                   .
7710     1 V M a >                V R + 100 /         2 @key{TAB} /
7711 @end group
7712 @end smallexample
7714 Let's try the third method, too.  We'll use random integers up to
7715 one million.  The @kbd{k r} command with an integer argument picks
7716 a random integer.
7718 @smallexample
7719 @group
7720 2:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   2:  [78489, 527587, ..., 814975]
7721 1:  [1000000, 1000000, ..., 1000000]   1:  [324014, 358783, ..., 955450]
7722     .                                      .
7724     1000000 v b 100 @key{RET} @key{RET}                V M k r  @key{TAB}  V M k r
7726 @end group
7727 @end smallexample
7728 @noindent
7729 @smallexample
7730 @group
7731 1:  [1, 1, ..., 25]      1:  [1, 1, ..., 0]     1:  0.56
7732     .                        .                      .
7734     V M k g                  1 V M a =              V R + 100 /
7736 @end group
7737 @end smallexample
7738 @noindent
7739 @smallexample
7740 @group
7741 1:  10.714        1:  3.273
7742     .                 .
7744     6 @key{TAB} /           Q
7745 @end group
7746 @end smallexample
7748 For a proof of this property of the GCD function, see section 4.5.2,
7749 exercise 10, of Knuth's @emph{Art of Computer Programming}, volume II.
7751 If you typed @kbd{v .} and @kbd{t .} before, type them again to
7752 return to full-sized display of vectors.
7754 @node List Answer 13, List Answer 14, List Answer 12, Answers to Exercises
7755 @subsection List Tutorial Exercise 13
7757 @noindent
7758 First, we put the string on the stack as a vector of ASCII codes.
7760 @smallexample
7761 @group
7762 1:  [84, 101, 115, ..., 51]
7763     .
7765     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}
7766 @end group
7767 @end smallexample
7769 @noindent
7770 Note that the @kbd{"} key, like @kbd{$}, initiates algebraic entry so
7771 there was no need to type an apostrophe.  Also, Calc didn't mind that
7772 we omitted the closing @kbd{"}.  (The same goes for all closing delimiters
7773 like @kbd{)} and @kbd{]} at the end of a formula.
7775 We'll show two different approaches here.  In the first, we note that
7776 if the input vector is @expr{[a, b, c, d]}, then the hash code is
7777 @expr{3 (3 (3a + b) + c) + d = 27a + 9b + 3c + d}.  In other words,
7778 it's a sum of descending powers of three times the ASCII codes.
7780 @smallexample
7781 @group
7782 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    2:  [84, 101, 115, ..., 51]
7783 1:  16                         1:  [15, 14, 13, ..., 0]
7784     .                              .
7786     @key{RET} v l                        v x 16 @key{RET} -
7788 @end group
7789 @end smallexample
7790 @noindent
7791 @smallexample
7792 @group
7793 2:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098    1:  121
7794 1:  [14348907, ..., 1]             .                 .
7795     .
7797     3 @key{TAB} V M ^                    *                 511 %
7798 @end group
7799 @end smallexample
7801 @noindent
7802 Once again, @kbd{*} elegantly summarizes most of the computation.
7803 But there's an even more elegant approach:  Reduce the formula
7804 @kbd{3 $$ + $} across the vector.  Recall that this represents a
7805 function of two arguments that computes its first argument times three
7806 plus its second argument.
7808 @smallexample
7809 @group
7810 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  1960915098
7811     .                              .
7813     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' 3$$+$ @key{RET}
7814 @end group
7815 @end smallexample
7817 @noindent
7818 If you did the decimal arithmetic exercise, this will be familiar.
7819 Basically, we're turning a base-3 vector of digits into an integer,
7820 except that our ``digits'' are much larger than real digits.
7822 Instead of typing @kbd{511 %} again to reduce the result, we can be
7823 cleverer still and notice that rather than computing a huge integer
7824 and taking the modulo at the end, we can take the modulo at each step
7825 without affecting the result.  While this means there are more
7826 arithmetic operations, the numbers we operate on remain small so
7827 the operations are faster.
7829 @smallexample
7830 @group
7831 1:  [84, 101, 115, ..., 51]    1:  121
7832     .                              .
7834     "Testing, 1, 2, 3 @key{RET}          V R ' (3$$+$)%511 @key{RET}
7835 @end group
7836 @end smallexample
7838 Why does this work?  Think about a two-step computation:
7839 @w{@expr{3 (3a + b) + c}}.  Taking a result modulo 511 basically means
7840 subtracting off enough 511's to put the result in the desired range.
7841 So the result when we take the modulo after every step is,
7843 @ifnottex
7844 @example
7845 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n
7846 @end example
7847 @end ifnottex
7848 @tex
7849 \turnoffactive
7850 \beforedisplay
7851 $$ 3 (3 a + b - 511 m) + c - 511 n $$
7852 \afterdisplay
7853 @end tex
7855 @noindent
7856 for some suitable integers @expr{m} and @expr{n}.  Expanding out by
7857 the distributive law yields
7859 @ifnottex
7860 @example
7861 9 a + 3 b + c - 511*3 m - 511 n
7862 @end example
7863 @end ifnottex
7864 @tex
7865 \turnoffactive
7866 \beforedisplay
7867 $$ 9 a + 3 b + c - 511\times3 m - 511 n $$
7868 \afterdisplay
7869 @end tex
7871 @noindent
7872 The @expr{m} term in the latter formula is redundant because any
7873 contribution it makes could just as easily be made by the @expr{n}
7874 term.  So we can take it out to get an equivalent formula with
7875 @expr{n' = 3m + n},
7877 @ifnottex
7878 @example
7879 9 a + 3 b + c - 511 n'
7880 @end example
7881 @end ifnottex
7882 @tex
7883 \turnoffactive
7884 \beforedisplay
7885 $$ 9 a + 3 b + c - 511 n' $$
7886 \afterdisplay
7887 @end tex
7889 @noindent
7890 which is just the formula for taking the modulo only at the end of
7891 the calculation.  Therefore the two methods are essentially the same.
7893 Later in the tutorial we will encounter @dfn{modulo forms}, which
7894 basically automate the idea of reducing every intermediate result
7895 modulo some value @var{m}.
7897 @node List Answer 14, Types Answer 1, List Answer 13, Answers to Exercises
7898 @subsection List Tutorial Exercise 14
7900 We want to use @kbd{H V U} to nest a function which adds a random
7901 step to an @expr{(x,y)} coordinate.  The function is a bit long, but
7902 otherwise the problem is quite straightforward.
7904 @smallexample
7905 @group
7906 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,       0    ]
7907 1:  50               [  0.4288, -0.1695 ]
7908     .                [ -0.4787, -0.9027 ]
7909                      ...
7911     [0,0] 50       H V U ' <# + [random(2.0)-1, random(2.0)-1]> @key{RET}
7912 @end group
7913 @end smallexample
7915 Just as the text recommended, we used @samp{< >} nameless function
7916 notation to keep the two @code{random} calls from being evaluated
7917 before nesting even begins.
7919 We now have a vector of @expr{[x, y]} sub-vectors, which by Calc's
7920 rules acts like a matrix.  We can transpose this matrix and unpack
7921 to get a pair of vectors, @expr{x} and @expr{y}, suitable for graphing.
7923 @smallexample
7924 @group
7925 2:  [ 0, 0.4288, -0.4787, ... ]
7926 1:  [ 0, -0.1696, -0.9027, ... ]
7927     .
7929     v t  v u  g f
7930 @end group
7931 @end smallexample
7933 Incidentally, because the @expr{x} and @expr{y} are completely
7934 independent in this case, we could have done two separate commands
7935 to create our @expr{x} and @expr{y} vectors of numbers directly.
7937 To make a random walk of unit steps, we note that @code{sincos} of
7938 a random direction exactly gives us an @expr{[x, y]} step of unit
7939 length; in fact, the new nesting function is even briefer, though
7940 we might want to lower the precision a bit for it.
7942 @smallexample
7943 @group
7944 2:  [0, 0]     1:  [ [    0,      0    ]
7945 1:  50               [  0.1318, 0.9912 ]
7946     .                [ -0.5965, 0.3061 ]
7947                      ...
7949     [0,0] 50   m d  p 6 @key{RET}   H V U ' <# + sincos(random(360.0))> @key{RET}
7950 @end group
7951 @end smallexample
7953 Another @kbd{v t v u g f} sequence will graph this new random walk.
7955 An interesting twist on these random walk functions would be to use
7956 complex numbers instead of 2-vectors to represent points on the plane.
7957 In the first example, we'd use something like @samp{random + random*(0,1)},
7958 and in the second we could use polar complex numbers with random phase
7959 angles.  (This exercise was first suggested in this form by Randal
7960 Schwartz.)
7962 @node Types Answer 1, Types Answer 2, List Answer 14, Answers to Exercises
7963 @subsection Types Tutorial Exercise 1
7965 @noindent
7966 If the number is the square root of @cpi{} times a rational number,
7967 then its square, divided by @cpi{}, should be a rational number.
7969 @smallexample
7970 @group
7971 1:  1.26508260337    1:  0.509433962268   1:  2486645810:4881193627
7972     .                    .                    .
7974                          2 ^ P /              c F
7975 @end group
7976 @end smallexample
7978 @noindent
7979 Technically speaking this is a rational number, but not one that is
7980 likely to have arisen in the original problem.  More likely, it just
7981 happens to be the fraction which most closely represents some
7982 irrational number to within 12 digits.
7984 But perhaps our result was not quite exact.  Let's reduce the
7985 precision slightly and try again:
7987 @smallexample
7988 @group
7989 1:  0.509433962268     1:  27:53
7990     .                      .
7992     U p 10 @key{RET}             c F
7993 @end group
7994 @end smallexample
7996 @noindent
7997 Aha!  It's unlikely that an irrational number would equal a fraction
7998 this simple to within ten digits, so our original number was probably
7999 @texline @math{\sqrt{27 \pi / 53}}.
8000 @infoline @expr{sqrt(27 pi / 53)}.
8002 Notice that we didn't need to re-round the number when we reduced the
8003 precision.  Remember, arithmetic operations always round their inputs
8004 to the current precision before they begin.
8006 @node Types Answer 2, Types Answer 3, Types Answer 1, Answers to Exercises
8007 @subsection Types Tutorial Exercise 2
8009 @noindent
8010 @samp{inf / inf = nan}.  Perhaps @samp{1} is the ``obvious'' answer.
8011 But if @w{@samp{17 inf = inf}}, then @samp{17 inf / inf = inf / inf = 17}, too.
8013 @samp{exp(inf) = inf}.  It's tempting to say that the exponential
8014 of infinity must be ``bigger'' than ``regular'' infinity, but as
8015 far as Calc is concerned all infinities are as just as big.
8016 In other words, as @expr{x} goes to infinity, @expr{e^x} also goes
8017 to infinity, but the fact the @expr{e^x} grows much faster than
8018 @expr{x} is not relevant here.
8020 @samp{exp(-inf) = 0}.  Here we have a finite answer even though
8021 the input is infinite.
8023 @samp{sqrt(-inf) = (0, 1) inf}.  Remember that @expr{(0, 1)}
8024 represents the imaginary number @expr{i}.  Here's a derivation:
8025 @samp{sqrt(-inf) = @w{sqrt((-1) * inf)} = sqrt(-1) * sqrt(inf)}.
8026 The first part is, by definition, @expr{i}; the second is @code{inf}
8027 because, once again, all infinities are the same size.
8029 @samp{sqrt(uinf) = uinf}.  In fact, we do know something about the
8030 direction because @code{sqrt} is defined to return a value in the
8031 right half of the complex plane.  But Calc has no notation for this,
8032 so it settles for the conservative answer @code{uinf}.
8034 @samp{abs(uinf) = inf}.  No matter which direction @expr{x} points,
8035 @samp{abs(x)} always points along the positive real axis.
8037 @samp{ln(0) = -inf}.  Here we have an infinite answer to a finite
8038 input.  As in the @expr{1 / 0} case, Calc will only use infinities
8039 here if you have turned on Infinite mode.  Otherwise, it will
8040 treat @samp{ln(0)} as an error.
8042 @node Types Answer 3, Types Answer 4, Types Answer 2, Answers to Exercises
8043 @subsection Types Tutorial Exercise 3
8045 @noindent
8046 We can make @samp{inf - inf} be any real number we like, say,
8047 @expr{a}, just by claiming that we added @expr{a} to the first
8048 infinity but not to the second.  This is just as true for complex
8049 values of @expr{a}, so @code{nan} can stand for a complex number.
8050 (And, similarly, @code{uinf} can stand for an infinity that points
8051 in any direction in the complex plane, such as @samp{(0, 1) inf}).
8053 In fact, we can multiply the first @code{inf} by two.  Surely
8054 @w{@samp{2 inf - inf = inf}}, but also @samp{2 inf - inf = inf - inf = nan}.
8055 So @code{nan} can even stand for infinity.  Obviously it's just
8056 as easy to make it stand for minus infinity as for plus infinity.
8058 The moral of this story is that ``infinity'' is a slippery fish
8059 indeed, and Calc tries to handle it by having a very simple model
8060 for infinities (only the direction counts, not the ``size''); but
8061 Calc is careful to write @code{nan} any time this simple model is
8062 unable to tell what the true answer is.
8064 @node Types Answer 4, Types Answer 5, Types Answer 3, Answers to Exercises
8065 @subsection Types Tutorial Exercise 4
8067 @smallexample
8068 @group
8069 2:  0@@ 47' 26"              1:  0@@ 2' 47.411765"
8070 1:  17                          .
8071     .
8073     0@@ 47' 26" @key{RET} 17           /
8074 @end group
8075 @end smallexample
8077 @noindent
8078 The average song length is two minutes and 47.4 seconds.
8080 @smallexample
8081 @group
8082 2:  0@@ 2' 47.411765"     1:  0@@ 3' 7.411765"    1:  0@@ 53' 6.000005"
8083 1:  0@@ 0' 20"                .                      .
8084     .
8086     20"                      +                      17 *
8087 @end group
8088 @end smallexample
8090 @noindent
8091 The album would be 53 minutes and 6 seconds long.
8093 @node Types Answer 5, Types Answer 6, Types Answer 4, Answers to Exercises
8094 @subsection Types Tutorial Exercise 5
8096 @noindent
8097 Let's suppose it's January 14, 1991.  The easiest thing to do is
8098 to keep trying 13ths of months until Calc reports a Friday.
8099 We can do this by manually entering dates, or by using @kbd{t I}:
8101 @smallexample
8102 @group
8103 1:  <Wed Feb 13, 1991>    1:  <Wed Mar 13, 1991>   1:  <Sat Apr 13, 1991>
8104     .                         .                        .
8106     ' <2/13> @key{RET}       @key{DEL}    ' <3/13> @key{RET}             t I
8107 @end group
8108 @end smallexample
8110 @noindent
8111 (Calc assumes the current year if you don't say otherwise.)
8113 This is getting tedious---we can keep advancing the date by typing
8114 @kbd{t I} over and over again, but let's automate the job by using
8115 vector mapping.  The @kbd{t I} command actually takes a second
8116 ``how-many-months'' argument, which defaults to one.  This
8117 argument is exactly what we want to map over:
8119 @smallexample
8120 @group
8121 2:  <Sat Apr 13, 1991>     1:  [<Mon May 13, 1991>, <Thu Jun 13, 1991>,
8122 1:  [1, 2, 3, 4, 5, 6]          <Sat Jul 13, 1991>, <Tue Aug 13, 1991>,
8123     .                           <Fri Sep 13, 1991>, <Sun Oct 13, 1991>]
8124                                .
8126     v x 6 @key{RET}                  V M t I
8127 @end group
8128 @end smallexample
8130 @noindent
8131 Et voil@`a, September 13, 1991 is a Friday.
8133 @smallexample
8134 @group
8135 1:  242
8136     .
8138 ' <sep 13> - <jan 14> @key{RET}
8139 @end group
8140 @end smallexample
8142 @noindent
8143 And the answer to our original question:  242 days to go.
8145 @node Types Answer 6, Types Answer 7, Types Answer 5, Answers to Exercises
8146 @subsection Types Tutorial Exercise 6
8148 @noindent
8149 The full rule for leap years is that they occur in every year divisible
8150 by four, except that they don't occur in years divisible by 100, except
8151 that they @emph{do} in years divisible by 400.  We could work out the
8152 answer by carefully counting the years divisible by four and the
8153 exceptions, but there is a much simpler way that works even if we
8154 don't know the leap year rule.
8156 Let's assume the present year is 1991.  Years have 365 days, except
8157 that leap years (whenever they occur) have 366 days.  So let's count
8158 the number of days between now and then, and compare that to the
8159 number of years times 365.  The number of extra days we find must be
8160 equal to the number of leap years there were.
8162 @smallexample
8163 @group
8164 1:  <Mon Jan 1, 10001>     2:  <Mon Jan 1, 10001>     1:  2925593
8165     .                      1:  <Tue Jan 1, 1991>          .
8166                                .
8168   ' <jan 1 10001> @key{RET}         ' <jan 1 1991> @key{RET}          -
8170 @end group
8171 @end smallexample
8172 @noindent
8173 @smallexample
8174 @group
8175 3:  2925593       2:  2925593     2:  2925593     1:  1943
8176 2:  10001         1:  8010        1:  2923650         .
8177 1:  1991              .               .
8178     .
8180   10001 @key{RET} 1991      -               365 *           -
8181 @end group
8182 @end smallexample
8184 @c [fix-ref Date Forms]
8185 @noindent
8186 There will be 1943 leap years before the year 10001.  (Assuming,
8187 of course, that the algorithm for computing leap years remains
8188 unchanged for that long.  @xref{Date Forms}, for some interesting
8189 background information in that regard.)
8191 @node Types Answer 7, Types Answer 8, Types Answer 6, Answers to Exercises
8192 @subsection Types Tutorial Exercise 7
8194 @noindent
8195 The relative errors must be converted to absolute errors so that
8196 @samp{+/-} notation may be used.
8198 @smallexample
8199 @group
8200 1:  1.              2:  1.
8201     .               1:  0.2
8202                         .
8204     20 @key{RET} .05 *        4 @key{RET} .05 *
8205 @end group
8206 @end smallexample
8208 Now we simply chug through the formula.
8210 @smallexample
8211 @group
8212 1:  19.7392088022    1:  394.78 +/- 19.739    1:  6316.5 +/- 706.21
8213     .                    .                        .
8215     2 P 2 ^ *            20 p 1 *                 4 p .2 @key{RET} 2 ^ *
8216 @end group
8217 @end smallexample
8219 It turns out the @kbd{v u} command will unpack an error form as
8220 well as a vector.  This saves us some retyping of numbers.
8222 @smallexample
8223 @group
8224 3:  6316.5 +/- 706.21     2:  6316.5 +/- 706.21
8225 2:  6316.5                1:  0.1118
8226 1:  706.21                    .
8227     .
8229     @key{RET} v u                   @key{TAB} /
8230 @end group
8231 @end smallexample
8233 @noindent
8234 Thus the volume is 6316 cubic centimeters, within about 11 percent.
8236 @node Types Answer 8, Types Answer 9, Types Answer 7, Answers to Exercises
8237 @subsection Types Tutorial Exercise 8
8239 @noindent
8240 The first answer is pretty simple:  @samp{1 / (0 .. 10) = (0.1 .. inf)}.
8241 Since a number in the interval @samp{(0 .. 10)} can get arbitrarily
8242 close to zero, its reciprocal can get arbitrarily large, so the answer
8243 is an interval that effectively means, ``any number greater than 0.1''
8244 but with no upper bound.
8246 The second answer, similarly, is @samp{1 / (-10 .. 0) = (-inf .. -0.1)}.
8248 Calc normally treats division by zero as an error, so that the formula
8249 @w{@samp{1 / 0}} is left unsimplified.  Our third problem,
8250 @w{@samp{1 / [0 .. 10]}}, also (potentially) divides by zero because zero
8251 is now a member of the interval.  So Calc leaves this one unevaluated, too.
8253 If you turn on Infinite mode by pressing @kbd{m i}, you will
8254 instead get the answer @samp{[0.1 .. inf]}, which includes infinity
8255 as a possible value.
8257 The fourth calculation, @samp{1 / (-10 .. 10)}, has the same problem.
8258 Zero is buried inside the interval, but it's still a possible value.
8259 It's not hard to see that the actual result of @samp{1 / (-10 .. 10)}
8260 will be either greater than @mathit{0.1}, or less than @mathit{-0.1}.  Thus
8261 the interval goes from minus infinity to plus infinity, with a ``hole''
8262 in it from @mathit{-0.1} to @mathit{0.1}.  Calc doesn't have any way to
8263 represent this, so it just reports @samp{[-inf .. inf]} as the answer.
8264 It may be disappointing to hear ``the answer lies somewhere between
8265 minus infinity and plus infinity, inclusive,'' but that's the best
8266 that interval arithmetic can do in this case.
8268 @node Types Answer 9, Types Answer 10, Types Answer 8, Answers to Exercises
8269 @subsection Types Tutorial Exercise 9
8271 @smallexample
8272 @group
8273 1:  [-3 .. 3]       2:  [-3 .. 3]     2:  [0 .. 9]
8274     .               1:  [0 .. 9]      1:  [-9 .. 9]
8275                         .                 .
8277     [ 3 n .. 3 ]        @key{RET} 2 ^           @key{TAB} @key{RET} *
8278 @end group
8279 @end smallexample
8281 @noindent
8282 In the first case the result says, ``if a number is between @mathit{-3} and
8283 3, its square is between 0 and 9.''  The second case says, ``the product
8284 of two numbers each between @mathit{-3} and 3 is between @mathit{-9} and 9.''
8286 An interval form is not a number; it is a symbol that can stand for
8287 many different numbers.  Two identical-looking interval forms can stand
8288 for different numbers.
8290 The same issue arises when you try to square an error form.
8292 @node Types Answer 10, Types Answer 11, Types Answer 9, Answers to Exercises
8293 @subsection Types Tutorial Exercise 10
8295 @noindent
8296 Testing the first number, we might arbitrarily choose 17 for @expr{x}.
8298 @smallexample
8299 @group
8300 1:  17 mod 811749613   2:  17 mod 811749613   1:  533694123 mod 811749613
8301     .                      811749612              .
8302                            .
8304     17 M 811749613 @key{RET}     811749612              ^
8305 @end group
8306 @end smallexample
8308 @noindent
8309 Since 533694123 is (considerably) different from 1, the number 811749613
8310 must not be prime.
8312 It's awkward to type the number in twice as we did above.  There are
8313 various ways to avoid this, and algebraic entry is one.  In fact, using
8314 a vector mapping operation we can perform several tests at once.  Let's
8315 use this method to test the second number.
8317 @smallexample
8318 @group
8319 2:  [17, 42, 100000]               1:  [1 mod 15485863, 1 mod ... ]
8320 1:  15485863                           .
8321     .
8323  [17 42 100000] 15485863 @key{RET}           V M ' ($$ mod $)^($-1) @key{RET}
8324 @end group
8325 @end smallexample
8327 @noindent
8328 The result is three ones (modulo @expr{n}), so it's very probable that
8329 15485863 is prime.  (In fact, this number is the millionth prime.)
8331 Note that the functions @samp{($$^($-1)) mod $} or @samp{$$^($-1) % $}
8332 would have been hopelessly inefficient, since they would have calculated
8333 the power using full integer arithmetic.
8335 Calc has a @kbd{k p} command that does primality testing.  For small
8336 numbers it does an exact test; for large numbers it uses a variant
8337 of the Fermat test we used here.  You can use @kbd{k p} repeatedly
8338 to prove that a large integer is prime with any desired probability.
8340 @node Types Answer 11, Types Answer 12, Types Answer 10, Answers to Exercises
8341 @subsection Types Tutorial Exercise 11
8343 @noindent
8344 There are several ways to insert a calculated number into an HMS form.
8345 One way to convert a number of seconds to an HMS form is simply to
8346 multiply the number by an HMS form representing one second:
8348 @smallexample
8349 @group
8350 1:  31415926.5359     2:  31415926.5359     1:  8726@@ 38' 46.5359"
8351     .                 1:  0@@ 0' 1"              .
8352                           .
8354     P 1e7 *               0@@ 0' 1"              *
8356 @end group
8357 @end smallexample
8358 @noindent
8359 @smallexample
8360 @group
8361 2:  8726@@ 38' 46.5359"             1:  6@@ 6' 2.5359" mod 24@@ 0' 0"
8362 1:  15@@ 27' 16" mod 24@@ 0' 0"          .
8363     .
8365     x time @key{RET}                         +
8366 @end group
8367 @end smallexample
8369 @noindent
8370 It will be just after six in the morning.
8372 The algebraic @code{hms} function can also be used to build an
8373 HMS form:
8375 @smallexample
8376 @group
8377 1:  hms(0, 0, 10000000. pi)       1:  8726@@ 38' 46.5359"
8378     .                                 .
8380   ' hms(0, 0, 1e7 pi) @key{RET}             =
8381 @end group
8382 @end smallexample
8384 @noindent
8385 The @kbd{=} key is necessary to evaluate the symbol @samp{pi} to
8386 the actual number 3.14159...
8388 @node Types Answer 12, Types Answer 13, Types Answer 11, Answers to Exercises
8389 @subsection Types Tutorial Exercise 12
8391 @noindent
8392 As we recall, there are 17 songs of about 2 minutes and 47 seconds
8393 each.
8395 @smallexample
8396 @group
8397 2:  0@@ 2' 47"                    1:  [0@@ 3' 7" .. 0@@ 3' 47"]
8398 1:  [0@@ 0' 20" .. 0@@ 1' 0"]          .
8399     .
8401     [ 0@@ 20" .. 0@@ 1' ]              +
8403 @end group
8404 @end smallexample
8405 @noindent
8406 @smallexample
8407 @group
8408 1:  [0@@ 52' 59." .. 1@@ 4' 19."]
8409     .
8411     17 *
8412 @end group
8413 @end smallexample
8415 @noindent
8416 No matter how long it is, the album will fit nicely on one CD.
8418 @node Types Answer 13, Types Answer 14, Types Answer 12, Answers to Exercises
8419 @subsection Types Tutorial Exercise 13
8421 @noindent
8422 Type @kbd{' 1 yr @key{RET} u c s @key{RET}}.  The answer is 31557600 seconds.
8424 @node Types Answer 14, Types Answer 15, Types Answer 13, Answers to Exercises
8425 @subsection Types Tutorial Exercise 14
8427 @noindent
8428 How long will it take for a signal to get from one end of the computer
8429 to the other?
8431 @smallexample
8432 @group
8433 1:  m / c         1:  3.3356 ns
8434     .                 .
8436  ' 1 m / c @key{RET}        u c ns @key{RET}
8437 @end group
8438 @end smallexample
8440 @noindent
8441 (Recall, @samp{c} is a ``unit'' corresponding to the speed of light.)
8443 @smallexample
8444 @group
8445 1:  3.3356 ns     1:  0.81356 ns / ns     1:  0.81356
8446 2:  4.1 ns            .                       .
8447     .
8449   ' 4.1 ns @key{RET}        /                       u s
8450 @end group
8451 @end smallexample
8453 @noindent
8454 Thus a signal could take up to 81 percent of a clock cycle just to
8455 go from one place to another inside the computer, assuming the signal
8456 could actually attain the full speed of light.  Pretty tight!
8458 @node Types Answer 15, Algebra Answer 1, Types Answer 14, Answers to Exercises
8459 @subsection Types Tutorial Exercise 15
8461 @noindent
8462 The speed limit is 55 miles per hour on most highways.  We want to
8463 find the ratio of Sam's speed to the US speed limit.
8465 @smallexample
8466 @group
8467 1:  55 mph         2:  55 mph           3:  11 hr mph / yd
8468     .              1:  5 yd / hr            .
8469                        .
8471   ' 55 mph @key{RET}       ' 5 yd/hr @key{RET}          /
8472 @end group
8473 @end smallexample
8475 The @kbd{u s} command cancels out these units to get a plain
8476 number.  Now we take the logarithm base two to find the final
8477 answer, assuming that each successive pill doubles his speed.
8479 @smallexample
8480 @group
8481 1:  19360.       2:  19360.       1:  14.24
8482     .            1:  2                .
8483                      .
8485     u s              2                B
8486 @end group
8487 @end smallexample
8489 @noindent
8490 Thus Sam can take up to 14 pills without a worry.
8492 @node Algebra Answer 1, Algebra Answer 2, Types Answer 15, Answers to Exercises
8493 @subsection Algebra Tutorial Exercise 1
8495 @noindent
8496 @c [fix-ref Declarations]
8497 The result @samp{sqrt(x)^2} is simplified back to @expr{x} by the
8498 Calculator, but @samp{sqrt(x^2)} is not.  (Consider what happens
8499 if @w{@expr{x = -4}}.)  If @expr{x} is real, this formula could be
8500 simplified to @samp{abs(x)}, but for general complex arguments even
8501 that is not safe.  (@xref{Declarations}, for a way to tell Calc
8502 that @expr{x} is known to be real.)
8504 @node Algebra Answer 2, Algebra Answer 3, Algebra Answer 1, Answers to Exercises
8505 @subsection Algebra Tutorial Exercise 2
8507 @noindent
8508 Suppose our roots are @expr{[a, b, c]}.  We want a polynomial which
8509 is zero when @expr{x} is any of these values.  The trivial polynomial
8510 @expr{x-a} is zero when @expr{x=a}, so the product @expr{(x-a)(x-b)(x-c)}
8511 will do the job.  We can use @kbd{a c x} to write this in a more
8512 familiar form.
8514 @smallexample
8515 @group
8516 1:  34 x - 24 x^3          1:  [1.19023, -1.19023, 0]
8517     .                          .
8519     r 2                        a P x @key{RET}
8521 @end group
8522 @end smallexample
8523 @noindent
8524 @smallexample
8525 @group
8526 1:  [x - 1.19023, x + 1.19023, x]     1:  (x - 1.19023) (x + 1.19023) x
8527     .                                     .
8529     V M ' x-$ @key{RET}                         V R *
8531 @end group
8532 @end smallexample
8533 @noindent
8534 @smallexample
8535 @group
8536 1:  x^3 - 1.41666 x        1:  34 x - 24 x^3
8537     .                          .
8539     a c x @key{RET}                  24 n *  a x
8540 @end group
8541 @end smallexample
8543 @noindent
8544 Sure enough, our answer (multiplied by a suitable constant) is the
8545 same as the original polynomial.
8547 @node Algebra Answer 3, Algebra Answer 4, Algebra Answer 2, Answers to Exercises
8548 @subsection Algebra Tutorial Exercise 3
8550 @smallexample
8551 @group
8552 1:  x sin(pi x)         1:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8553     .                       .
8555   ' x sin(pi x) @key{RET}   m r   a i x @key{RET}
8557 @end group
8558 @end smallexample
8559 @noindent
8560 @smallexample
8561 @group
8562 1:  [y, 1]
8563 2:  (sin(pi x) - pi x cos(pi x)) / pi^2
8564     .
8566   ' [y,1] @key{RET} @key{TAB}
8568 @end group
8569 @end smallexample
8570 @noindent
8571 @smallexample
8572 @group
8573 1:  [(sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2, (sin(pi) - pi cos(pi)) / pi^2]
8574     .
8576     V M $ @key{RET}
8578 @end group
8579 @end smallexample
8580 @noindent
8581 @smallexample
8582 @group
8583 1:  (sin(pi y) - pi y cos(pi y)) / pi^2 + (pi cos(pi) - sin(pi)) / pi^2
8584     .
8586     V R -
8588 @end group
8589 @end smallexample
8590 @noindent
8591 @smallexample
8592 @group
8593 1:  (sin(3.14159 y) - 3.14159 y cos(3.14159 y)) / 9.8696 - 0.3183
8594     .
8596     =
8598 @end group
8599 @end smallexample
8600 @noindent
8601 @smallexample
8602 @group
8603 1:  [0., -0.95493, 0.63662, -1.5915, 1.2732]
8604     .
8606     v x 5 @key{RET}  @key{TAB}  V M $ @key{RET}
8607 @end group
8608 @end smallexample
8610 @node Algebra Answer 4, Rewrites Answer 1, Algebra Answer 3, Answers to Exercises
8611 @subsection Algebra Tutorial Exercise 4
8613 @noindent
8614 The hard part is that @kbd{V R +} is no longer sufficient to add up all
8615 the contributions from the slices, since the slices have varying
8616 coefficients.  So first we must come up with a vector of these
8617 coefficients.  Here's one way:
8619 @smallexample
8620 @group
8621 2:  -1                 2:  3                    1:  [4, 2, ..., 4]
8622 1:  [1, 2, ..., 9]     1:  [-1, 1, ..., -1]         .
8623     .                      .
8625     1 n v x 9 @key{RET}          V M ^  3 @key{TAB}             -
8627 @end group
8628 @end smallexample
8629 @noindent
8630 @smallexample
8631 @group
8632 1:  [4, 2, ..., 4, 1]      1:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8633     .                          .
8635     1 |                        1 @key{TAB} |
8636 @end group
8637 @end smallexample
8639 @noindent
8640 Now we compute the function values.  Note that for this method we need
8641 eleven values, including both endpoints of the desired interval.
8643 @smallexample
8644 @group
8645 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8646 1:  [1, 1.1, 1.2,  ...  , 1.8, 1.9, 2.]
8647     .
8649  11 @key{RET} 1 @key{RET} .1 @key{RET}  C-u v x
8651 @end group
8652 @end smallexample
8653 @noindent
8654 @smallexample
8655 @group
8656 2:  [1, 4, 2, ..., 4, 1]
8657 1:  [0., 0.084941, 0.16993, ... ]
8658     .
8660     ' sin(x) ln(x) @key{RET}   m r  p 5 @key{RET}   V M $ @key{RET}
8661 @end group
8662 @end smallexample
8664 @noindent
8665 Once again this calls for @kbd{V M * V R +}; a simple @kbd{*} does the
8666 same thing.
8668 @smallexample
8669 @group
8670 1:  11.22      1:  1.122      1:  0.374
8671     .              .              .
8673     *              .1 *           3 /
8674 @end group
8675 @end smallexample
8677 @noindent
8678 Wow!  That's even better than the result from the Taylor series method.
8680 @node Rewrites Answer 1, Rewrites Answer 2, Algebra Answer 4, Answers to Exercises
8681 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 1
8683 @noindent
8684 We'll use Big mode to make the formulas more readable.
8686 @smallexample
8687 @group
8688                                                ___
8689                                           2 + V 2
8690 1:  (2 + sqrt(2)) / (1 + sqrt(2))     1:  --------
8691     .                                          ___
8692                                           1 + V 2
8694                                           .
8696   ' (2+sqrt(2)) / (1+sqrt(2)) @key{RET}         d B
8697 @end group
8698 @end smallexample
8700 @noindent
8701 Multiplying by the conjugate helps because @expr{(a+b) (a-b) = a^2 - b^2}.
8703 @smallexample
8704 @group
8705           ___    ___
8706 1:  (2 + V 2 ) (V 2  - 1)
8707     .
8709   a r a/(b+c) := a*(b-c) / (b^2-c^2) @key{RET}
8711 @end group
8712 @end smallexample
8713 @noindent
8714 @smallexample
8715 @group
8716          ___                         ___
8717 1:  2 + V 2  - 2                1:  V 2
8718     .                               .
8720   a r a*(b+c) := a*b + a*c          a s
8721 @end group
8722 @end smallexample
8724 @noindent
8725 (We could have used @kbd{a x} instead of a rewrite rule for the
8726 second step.)
8728 The multiply-by-conjugate rule turns out to be useful in many
8729 different circumstances, such as when the denominator involves
8730 sines and cosines or the imaginary constant @code{i}.
8732 @node Rewrites Answer 2, Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 1, Answers to Exercises
8733 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 2
8735 @noindent
8736 Here is the rule set:
8738 @smallexample
8739 @group
8740 [ fib(n) := fib(n, 1, 1) :: integer(n) :: n >= 1,
8741   fib(1, x, y) := x,
8742   fib(n, x, y) := fib(n-1, y, x+y) ]
8743 @end group
8744 @end smallexample
8746 @noindent
8747 The first rule turns a one-argument @code{fib} that people like to write
8748 into a three-argument @code{fib} that makes computation easier.  The
8749 second rule converts back from three-argument form once the computation
8750 is done.  The third rule does the computation itself.  It basically
8751 says that if @expr{x} and @expr{y} are two consecutive Fibonacci numbers,
8752 then @expr{y} and @expr{x+y} are the next (overlapping) pair of Fibonacci
8753 numbers.
8755 Notice that because the number @expr{n} was ``validated'' by the
8756 conditions on the first rule, there is no need to put conditions on
8757 the other rules because the rule set would never get that far unless
8758 the input were valid.  That further speeds computation, since no
8759 extra conditions need to be checked at every step.
8761 Actually, a user with a nasty sense of humor could enter a bad
8762 three-argument @code{fib} call directly, say, @samp{fib(0, 1, 1)},
8763 which would get the rules into an infinite loop.  One thing that would
8764 help keep this from happening by accident would be to use something like
8765 @samp{ZzFib} instead of @code{fib} as the name of the three-argument
8766 function.
8768 @node Rewrites Answer 3, Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 2, Answers to Exercises
8769 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 3
8771 @noindent
8772 He got an infinite loop.  First, Calc did as expected and rewrote
8773 @w{@samp{2 + 3 x}} to @samp{f(2, 3, x)}.  Then it looked for ways to
8774 apply the rule again, and found that @samp{f(2, 3, x)} looks like
8775 @samp{a + b x} with @w{@samp{a = 0}} and @samp{b = 1}, so it rewrote to
8776 @samp{f(0, 1, f(2, 3, x))}.  It then wrapped another @samp{f(0, 1, ...)}
8777 around that, and so on, ad infinitum.  Joe should have used @kbd{M-1 a r}
8778 to make sure the rule applied only once.
8780 (Actually, even the first step didn't work as he expected.  What Calc
8781 really gives for @kbd{M-1 a r} in this situation is @samp{f(3 x, 1, 2)},
8782 treating 2 as the ``variable,'' and @samp{3 x} as a constant being added
8783 to it.  While this may seem odd, it's just as valid a solution as the
8784 ``obvious'' one.  One way to fix this would be to add the condition
8785 @samp{:: variable(x)} to the rule, to make sure the thing that matches
8786 @samp{x} is indeed a variable, or to change @samp{x} to @samp{quote(x)}
8787 on the lefthand side, so that the rule matches the actual variable
8788 @samp{x} rather than letting @samp{x} stand for something else.)
8790 @node Rewrites Answer 4, Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 3, Answers to Exercises
8791 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 4
8793 @noindent
8794 @ignore
8795 @starindex
8796 @end ignore
8797 @tindex seq
8798 Here is a suitable set of rules to solve the first part of the problem:
8800 @smallexample
8801 @group
8802 [ seq(n, c) := seq(n/2,  c+1) :: n%2 = 0,
8803   seq(n, c) := seq(3n+1, c+1) :: n%2 = 1 :: n > 1 ]
8804 @end group
8805 @end smallexample
8807 Given the initial formula @samp{seq(6, 0)}, application of these
8808 rules produces the following sequence of formulas:
8810 @example
8811 seq( 3, 1)
8812 seq(10, 2)
8813 seq( 5, 3)
8814 seq(16, 4)
8815 seq( 8, 5)
8816 seq( 4, 6)
8817 seq( 2, 7)
8818 seq( 1, 8)
8819 @end example
8821 @noindent
8822 whereupon neither of the rules match, and rewriting stops.
8824 We can pretty this up a bit with a couple more rules:
8826 @smallexample
8827 @group
8828 [ seq(n) := seq(n, 0),
8829   seq(1, c) := c,
8830   ... ]
8831 @end group
8832 @end smallexample
8834 @noindent
8835 Now, given @samp{seq(6)} as the starting configuration, we get 8
8836 as the result.
8838 The change to return a vector is quite simple:
8840 @smallexample
8841 @group
8842 [ seq(n) := seq(n, []) :: integer(n) :: n > 0,
8843   seq(1, v) := v | 1,
8844   seq(n, v) := seq(n/2,  v | n) :: n%2 = 0,
8845   seq(n, v) := seq(3n+1, v | n) :: n%2 = 1 ]
8846 @end group
8847 @end smallexample
8849 @noindent
8850 Given @samp{seq(6)}, the result is @samp{[6, 3, 10, 5, 16, 8, 4, 2, 1]}.
8852 Notice that the @expr{n > 1} guard is no longer necessary on the last
8853 rule since the @expr{n = 1} case is now detected by another rule.
8854 But a guard has been added to the initial rule to make sure the
8855 initial value is suitable before the computation begins.
8857 While still a good idea, this guard is not as vitally important as it
8858 was for the @code{fib} function, since calling, say, @samp{seq(x, [])}
8859 will not get into an infinite loop.  Calc will not be able to prove
8860 the symbol @samp{x} is either even or odd, so none of the rules will
8861 apply and the rewrites will stop right away.
8863 @node Rewrites Answer 5, Rewrites Answer 6, Rewrites Answer 4, Answers to Exercises
8864 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 5
8866 @noindent
8867 @ignore
8868 @starindex
8869 @end ignore
8870 @tindex nterms
8871 If @expr{x} is the sum @expr{a + b}, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' must
8872 be `@tfn{nterms(}@var{a}@tfn{)}' plus `@tfn{nterms(}@var{b}@tfn{)}'.  If @expr{x}
8873 is not a sum, then `@tfn{nterms(}@var{x}@tfn{)}' = 1.
8875 @smallexample
8876 @group
8877 [ nterms(a + b) := nterms(a) + nterms(b),
8878   nterms(x)     := 1 ]
8879 @end group
8880 @end smallexample
8882 @noindent
8883 Here we have taken advantage of the fact that earlier rules always
8884 match before later rules; @samp{nterms(x)} will only be tried if we
8885 already know that @samp{x} is not a sum.
8887 @node Rewrites Answer 6, Programming Answer 1, Rewrites Answer 5, Answers to Exercises
8888 @subsection Rewrites Tutorial Exercise 6
8890 @noindent
8891 Here is a rule set that will do the job:
8893 @smallexample
8894 @group
8895 [ a*(b + c) := a*b + a*c,
8896   opt(a) O(x^n) + opt(b) O(x^m) := O(x^n) :: n <= m
8897      :: constant(a) :: constant(b),
8898   opt(a) O(x^n) + opt(b) x^m := O(x^n) :: n <= m
8899      :: constant(a) :: constant(b),
8900   a O(x^n) := O(x^n) :: constant(a),
8901   x^opt(m) O(x^n) := O(x^(n+m)),
8902   O(x^n) O(x^m) := O(x^(n+m)) ]
8903 @end group
8904 @end smallexample
8906 If we really want the @kbd{+} and @kbd{*} keys to operate naturally
8907 on power series, we should put these rules in @code{EvalRules}.  For
8908 testing purposes, it is better to put them in a different variable,
8909 say, @code{O}, first.
8911 The first rule just expands products of sums so that the rest of the
8912 rules can assume they have an expanded-out polynomial to work with.
8913 Note that this rule does not mention @samp{O} at all, so it will
8914 apply to any product-of-sum it encounters---this rule may surprise
8915 you if you put it into @code{EvalRules}!
8917 In the second rule, the sum of two O's is changed to the smaller O.
8918 The optional constant coefficients are there mostly so that
8919 @samp{O(x^2) - O(x^3)} and @samp{O(x^3) - O(x^2)} are handled
8920 as well as @samp{O(x^2) + O(x^3)}.
8922 The third rule absorbs higher powers of @samp{x} into O's.
8924 The fourth rule says that a constant times a negligible quantity
8925 is still negligible.  (This rule will also match @samp{O(x^3) / 4},
8926 with @samp{a = 1/4}.)
8928 The fifth rule rewrites, for example, @samp{x^2 O(x^3)} to @samp{O(x^5)}.
8929 (It is easy to see that if one of these forms is negligible, the other
8930 is, too.)  Notice the @samp{x^opt(m)} to pick up terms like
8931 @w{@samp{x O(x^3)}}.  Optional powers will match @samp{x} as @samp{x^1}
8932 but not 1 as @samp{x^0}.  This turns out to be exactly what we want here.
8934 The sixth rule is the corresponding rule for products of two O's.
8936 Another way to solve this problem would be to create a new ``data type''
8937 that represents truncated power series.  We might represent these as
8938 function calls @samp{series(@var{coefs}, @var{x})} where @var{coefs} is
8939 a vector of coefficients for @expr{x^0}, @expr{x^1}, @expr{x^2}, and so
8940 on.  Rules would exist for sums and products of such @code{series}
8941 objects, and as an optional convenience could also know how to combine a
8942 @code{series} object with a normal polynomial.  (With this, and with a
8943 rule that rewrites @samp{O(x^n)} to the equivalent @code{series} form,
8944 you could still enter power series in exactly the same notation as
8945 before.)  Operations on such objects would probably be more efficient,
8946 although the objects would be a bit harder to read.
8948 @c [fix-ref Compositions]
8949 Some other symbolic math programs provide a power series data type
8950 similar to this.  Mathematica, for example, has an object that looks
8951 like @samp{PowerSeries[@var{x}, @var{x0}, @var{coefs}, @var{nmin},
8952 @var{nmax}, @var{den}]}, where @var{x0} is the point about which the
8953 power series is taken (we've been assuming this was always zero),
8954 and @var{nmin}, @var{nmax}, and @var{den} allow pseudo-power-series
8955 with fractional or negative powers.  Also, the @code{PowerSeries}
8956 objects have a special display format that makes them look like
8957 @samp{2 x^2 + O(x^4)} when they are printed out.  (@xref{Compositions},
8958 for a way to do this in Calc, although for something as involved as
8959 this it would probably be better to write the formatting routine
8960 in Lisp.)
8962 @node Programming Answer 1, Programming Answer 2, Rewrites Answer 6, Answers to Exercises
8963 @subsection Programming Tutorial Exercise 1
8965 @noindent
8966 Just enter the formula @samp{ninteg(sin(t)/t, t, 0, x)}, type
8967 @kbd{Z F}, and answer the questions.  Since this formula contains two
8968 variables, the default argument list will be @samp{(t x)}.  We want to
8969 change this to @samp{(x)} since @expr{t} is really a dummy variable
8970 to be used within @code{ninteg}.
8972 The exact keystrokes are @kbd{Z F s Si @key{RET} @key{RET} C-b C-b @key{DEL} @key{DEL} @key{RET} y}.
8973 (The @kbd{C-b C-b @key{DEL} @key{DEL}} are what fix the argument list.)
8975 @node Programming Answer 2, Programming Answer 3, Programming Answer 1, Answers to Exercises
8976 @subsection Programming Tutorial Exercise 2
8978 @noindent
8979 One way is to move the number to the top of the stack, operate on
8980 it, then move it back:  @kbd{C-x ( M-@key{TAB} n M-@key{TAB} M-@key{TAB} C-x )}.
8982 Another way is to negate the top three stack entries, then negate
8983 again the top two stack entries:  @kbd{C-x ( M-3 n M-2 n C-x )}.
8985 Finally, it turns out that a negative prefix argument causes a
8986 command like @kbd{n} to operate on the specified stack entry only,
8987 which is just what we want:  @kbd{C-x ( M-- 3 n C-x )}.
8989 Just for kicks, let's also do it algebraically:
8990 @w{@kbd{C-x ( ' -$$$, $$, $ @key{RET} C-x )}}.
8992 @node Programming Answer 3, Programming Answer 4, Programming Answer 2, Answers to Exercises
8993 @subsection Programming Tutorial Exercise 3
8995 @noindent
8996 Each of these functions can be computed using the stack, or using
8997 algebraic entry, whichever way you prefer:
8999 @noindent
9000 Computing 
9001 @texline @math{\displaystyle{\sin x \over x}}:
9002 @infoline @expr{sin(x) / x}:
9004 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{RET} S @key{TAB} /  C-x )}.
9006 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' sin($)/$ @key{RET}  C-x )}.
9008 @noindent
9009 Computing the logarithm:
9011 Using the stack:  @kbd{C-x (  @key{TAB} B  C-x )}
9013 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' log($,$$) @key{RET}  C-x )}.
9015 @noindent
9016 Computing the vector of integers:
9018 Using the stack:  @kbd{C-x (  1 @key{RET} 1  C-u v x  C-x )}.  (Recall that
9019 @kbd{C-u v x} takes the vector size, starting value, and increment
9020 from the stack.)
9022 Alternatively:  @kbd{C-x (  ~ v x  C-x )}.  (The @kbd{~} key pops a
9023 number from the stack and uses it as the prefix argument for the
9024 next command.)
9026 Using algebraic entry:  @kbd{C-x (  ' index($) @key{RET}  C-x )}.
9028 @node Programming Answer 4, Programming Answer 5, Programming Answer 3, Answers to Exercises
9029 @subsection Programming Tutorial Exercise 4
9031 @noindent
9032 Here's one way:  @kbd{C-x ( @key{RET} V R + @key{TAB} v l / C-x )}.
9034 @node Programming Answer 5, Programming Answer 6, Programming Answer 4, Answers to Exercises
9035 @subsection Programming Tutorial Exercise 5
9037 @smallexample
9038 @group
9039 2:  1              1:  1.61803398502         2:  1.61803398502
9040 1:  20                 .                     1:  1.61803398875
9041     .                                            .
9043    1 @key{RET} 20         Z < & 1 + Z >                I H P
9044 @end group
9045 @end smallexample
9047 @noindent
9048 This answer is quite accurate.
9050 @node Programming Answer 6, Programming Answer 7, Programming Answer 5, Answers to Exercises
9051 @subsection Programming Tutorial Exercise 6
9053 @noindent
9054 Here is the matrix:
9056 @example
9057 [ [ 0, 1 ]   * [a, b] = [b, a + b]
9058   [ 1, 1 ] ]
9059 @end example
9061 @noindent
9062 Thus @samp{[0, 1; 1, 1]^n * [1, 1]} computes Fibonacci numbers @expr{n+1}
9063 and @expr{n+2}.  Here's one program that does the job:
9065 @example
9066 C-x ( ' [0, 1; 1, 1] ^ ($-1) * [1, 1] @key{RET} v u @key{DEL} C-x )
9067 @end example
9069 @noindent
9070 This program is quite efficient because Calc knows how to raise a
9071 matrix (or other value) to the power @expr{n} in only 
9072 @texline @math{\log_2 n}
9073 @infoline @expr{log(n,2)}
9074 steps.  For example, this program can compute the 1000th Fibonacci
9075 number (a 209-digit integer!) in about 10 steps; even though the
9076 @kbd{Z < ... Z >} solution had much simpler steps, it would have
9077 required so many steps that it would not have been practical.
9079 @node Programming Answer 7, Programming Answer 8, Programming Answer 6, Answers to Exercises
9080 @subsection Programming Tutorial Exercise 7
9082 @noindent
9083 The trick here is to compute the harmonic numbers differently, so that
9084 the loop counter itself accumulates the sum of reciprocals.  We use
9085 a separate variable to hold the integer counter.
9087 @smallexample
9088 @group
9089 1:  1          2:  1       1:  .
9090     .          1:  4
9091                    .
9093     1 t 1       1 @key{RET} 4      Z ( t 2 r 1 1 + s 1 & Z )
9094 @end group
9095 @end smallexample
9097 @noindent
9098 The body of the loop goes as follows:  First save the harmonic sum
9099 so far in variable 2.  Then delete it from the stack; the for loop
9100 itself will take care of remembering it for us.  Next, recall the
9101 count from variable 1, add one to it, and feed its reciprocal to
9102 the for loop to use as the step value.  The for loop will increase
9103 the ``loop counter'' by that amount and keep going until the
9104 loop counter exceeds 4.
9106 @smallexample
9107 @group
9108 2:  31                  3:  31
9109 1:  3.99498713092       2:  3.99498713092
9110     .                   1:  4.02724519544
9111                             .
9113     r 1 r 2                 @key{RET} 31 & +
9114 @end group
9115 @end smallexample
9117 Thus we find that the 30th harmonic number is 3.99, and the 31st
9118 harmonic number is 4.02.
9120 @node Programming Answer 8, Programming Answer 9, Programming Answer 7, Answers to Exercises
9121 @subsection Programming Tutorial Exercise 8
9123 @noindent
9124 The first step is to compute the derivative @expr{f'(x)} and thus
9125 the formula 
9126 @texline @math{\displaystyle{x - {f(x) \over f'(x)}}}.
9127 @infoline @expr{x - f(x)/f'(x)}.
9129 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9130 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9131 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9132 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9133 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9134 just for purposes of illustration.)
9136 @smallexample
9137 @group
9138 2:  sin(cos(x)) - 0.5            3:  4.5
9139 1:  4.5                          2:  sin(cos(x)) - 0.5
9140     .                            1:  -(sin(x) cos(cos(x)))
9141                                      .
9143 ' sin(cos(x))-0.5 @key{RET} 4.5  m r  C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}
9145 @end group
9146 @end smallexample
9147 @noindent
9148 @smallexample
9149 @group
9150 2:  4.5
9151 1:  x + (sin(cos(x)) - 0.5) / sin(x) cos(cos(x))
9152     .
9154     /  ' x @key{RET} @key{TAB} -   t 1
9155 @end group
9156 @end smallexample
9158 Now, we enter the loop.  We'll use a repeat loop with a 20-repetition
9159 limit just in case the method fails to converge for some reason.
9160 (Normally, the @w{@kbd{Z /}} command will stop the loop before all 20
9161 repetitions are done.)
9163 @smallexample
9164 @group
9165 1:  4.5         3:  4.5                     2:  4.5
9166     .           2:  x + (sin(cos(x)) ...    1:  5.24196456928
9167                 1:  4.5                         .
9168                     .
9170   20 Z <          @key{RET} r 1 @key{TAB}                 s l x @key{RET}
9171 @end group
9172 @end smallexample
9174 This is the new guess for @expr{x}.  Now we compare it with the
9175 old one to see if we've converged.
9177 @smallexample
9178 @group
9179 3:  5.24196     2:  5.24196     1:  5.24196     1:  5.26345856348
9180 2:  5.24196     1:  0               .               .
9181 1:  4.5             .
9182     .
9184   @key{RET} M-@key{TAB}         a =             Z /             Z > Z ' C-x )
9185 @end group
9186 @end smallexample
9188 The loop converges in just a few steps to this value.  To check
9189 the result, we can simply substitute it back into the equation.
9191 @smallexample
9192 @group
9193 2:  5.26345856348
9194 1:  0.499999999997
9195     .
9197  @key{RET} ' sin(cos($)) @key{RET}
9198 @end group
9199 @end smallexample
9201 Let's test the new definition again:
9203 @smallexample
9204 @group
9205 2:  x^2 - 9           1:  3.
9206 1:  1                     .
9207     .
9209   ' x^2-9 @key{RET} 1           X
9210 @end group
9211 @end smallexample
9213 Once again, here's the full Newton's Method definition:
9215 @example
9216 @group
9217 C-x ( Z `  @key{TAB} @key{RET} a d x @key{RET}  /  ' x @key{RET} @key{TAB} -  t 1
9218            20 Z <  @key{RET} r 1 @key{TAB}  s l x @key{RET}
9219                    @key{RET} M-@key{TAB}  a =  Z /
9220               Z >
9221       Z '
9222 C-x )
9223 @end group
9224 @end example
9226 @c [fix-ref Nesting and Fixed Points]
9227 It turns out that Calc has a built-in command for applying a formula
9228 repeatedly until it converges to a number.  @xref{Nesting and Fixed Points},
9229 to see how to use it.
9231 @c [fix-ref Root Finding]
9232 Also, of course, @kbd{a R} is a built-in command that uses Newton's
9233 method (among others) to look for numerical solutions to any equation.
9234 @xref{Root Finding}.
9236 @node Programming Answer 9, Programming Answer 10, Programming Answer 8, Answers to Exercises
9237 @subsection Programming Tutorial Exercise 9
9239 @noindent
9240 The first step is to adjust @expr{z} to be greater than 5.  A simple
9241 ``for'' loop will do the job here.  If @expr{z} is less than 5, we
9242 reduce the problem using 
9243 @texline @math{\psi(z) = \psi(z+1) - 1/z}.
9244 @infoline @expr{psi(z) = psi(z+1) - 1/z}.  We go
9245 on to compute 
9246 @texline @math{\psi(z+1)},
9247 @infoline @expr{psi(z+1)}, 
9248 and remember to add back a factor of @expr{-1/z} when we're done.  This
9249 step is repeated until @expr{z > 5}.
9251 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9252 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9253 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9254 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9255 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9256 just for purposes of illustration.)
9258 @smallexample
9259 @group
9260 1:  1.             1:  1.
9261     .                  .
9263  1.0 @key{RET}       C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9264 @end group
9265 @end smallexample
9267 Here, variable 1 holds @expr{z} and variable 2 holds the adjustment
9268 factor.  If @expr{z < 5}, we use a loop to increase it.
9270 (By the way, we started with @samp{1.0} instead of the integer 1 because
9271 otherwise the calculation below will try to do exact fractional arithmetic,
9272 and will never converge because fractions compare equal only if they
9273 are exactly equal, not just equal to within the current precision.)
9275 @smallexample
9276 @group
9277 3:  1.      2:  1.       1:  6.
9278 2:  1.      1:  1            .
9279 1:  5           .
9280     .
9282   @key{RET} 5        a <    Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9283 @end group
9284 @end smallexample
9286 Now we compute the initial part of the sum:  
9287 @texline @math{\ln z - {1 \over 2z}}
9288 @infoline @expr{ln(z) - 1/2z}
9289 minus the adjustment factor.
9291 @smallexample
9292 @group
9293 2:  1.79175946923      2:  1.7084261359      1:  -0.57490719743
9294 1:  0.0833333333333    1:  2.28333333333         .
9295     .                      .
9297     L  r 1 2 * &           -  r 2                -
9298 @end group
9299 @end smallexample
9301 Now we evaluate the series.  We'll use another ``for'' loop counting
9302 up the value of @expr{2 n}.  (Calc does have a summation command,
9303 @kbd{a +}, but we'll use loops just to get more practice with them.)
9305 @smallexample
9306 @group
9307 3:  -0.5749       3:  -0.5749        4:  -0.5749      2:  -0.5749
9308 2:  2             2:  1:6            3:  1:6          1:  2.3148e-3
9309 1:  40            1:  2              2:  2                .
9310     .                 .              1:  36.
9311                                          .
9313    2 @key{RET} 40        Z ( @key{RET} k b @key{TAB}     @key{RET} r 1 @key{TAB} ^      * /
9315 @end group
9316 @end smallexample
9317 @noindent
9318 @smallexample
9319 @group
9320 3:  -0.5749       3:  -0.5772      2:  -0.5772     1:  -0.577215664892
9321 2:  -0.5749       2:  -0.5772      1:  0               .
9322 1:  2.3148e-3     1:  -0.5749          .
9323     .                 .
9325   @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}       - @key{RET} M-@key{TAB}      a =     Z /    2  Z )  Z ' C-x )
9326 @end group
9327 @end smallexample
9329 This is the value of 
9330 @texline @math{-\gamma},
9331 @infoline @expr{- gamma}, 
9332 with a slight bit of roundoff error.  To get a full 12 digits, let's use
9333 a higher precision:
9335 @smallexample
9336 @group
9337 2:  -0.577215664892      2:  -0.577215664892
9338 1:  1.                   1:  -0.577215664901532
9340     1. @key{RET}                   p 16 @key{RET} X
9341 @end group
9342 @end smallexample
9344 Here's the complete sequence of keystrokes:
9346 @example
9347 @group
9348 C-x ( Z `  s 1  0 t 2
9349            @key{RET} 5 a <  Z [  5 Z (  & s + 2  1 s + 1  1 Z ) r 1  Z ]
9350            L r 1 2 * & - r 2 -
9351            2 @key{RET} 40  Z (  @key{RET} k b @key{TAB} @key{RET} r 1 @key{TAB} ^ * /
9352                           @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} - @key{RET} M-@key{TAB} a = Z /
9353                   2  Z )
9354       Z '
9355 C-x )
9356 @end group
9357 @end example
9359 @node Programming Answer 10, Programming Answer 11, Programming Answer 9, Answers to Exercises
9360 @subsection Programming Tutorial Exercise 10
9362 @noindent
9363 Taking the derivative of a term of the form @expr{x^n} will produce
9364 a term like 
9365 @texline @math{n x^{n-1}}.
9366 @infoline @expr{n x^(n-1)}.  
9367 Taking the derivative of a constant
9368 produces zero.  From this it is easy to see that the @expr{n}th
9369 derivative of a polynomial, evaluated at @expr{x = 0}, will equal the
9370 coefficient on the @expr{x^n} term times @expr{n!}.
9372 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9373 below.  You can use @w{@kbd{C-x * m}} to load it from there.  While you are
9374 entering a @kbd{Z ` Z '} body in a macro, Calc simply collects
9375 keystrokes without executing them.  In the following diagrams we'll
9376 pretend Calc actually executed the keystrokes as you typed them,
9377 just for purposes of illustration.)
9379 @smallexample
9380 @group
9381 2:  5 x^4 + (x + 1)^2          3:  5 x^4 + (x + 1)^2
9382 1:  6                          2:  0
9383     .                          1:  6
9384                                    .
9386   ' 5 x^4 + (x+1)^2 @key{RET} 6        C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9387 @end group
9388 @end smallexample
9390 @noindent
9391 Variable 1 will accumulate the vector of coefficients.
9393 @smallexample
9394 @group
9395 2:  0              3:  0                  2:  5 x^4 + ...
9396 1:  5 x^4 + ...    2:  5 x^4 + ...        1:  1
9397     .              1:  1                      .
9398                        .
9400    Z ( @key{TAB}         @key{RET} 0 s l x @key{RET}            M-@key{TAB} ! /  s | 1
9401 @end group
9402 @end smallexample
9404 @noindent
9405 Note that @kbd{s | 1} appends the top-of-stack value to the vector
9406 in a variable; it is completely analogous to @kbd{s + 1}.  We could
9407 have written instead, @kbd{r 1 @key{TAB} | t 1}.
9409 @smallexample
9410 @group
9411 1:  20 x^3 + 2 x + 2      1:  0         1:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9412     .                         .             .
9414     a d x @key{RET}                 1 Z )         @key{DEL} r 1  Z ' C-x )
9415 @end group
9416 @end smallexample
9418 To convert back, a simple method is just to map the coefficients
9419 against a table of powers of @expr{x}.
9421 @smallexample
9422 @group
9423 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]
9424 1:  6                        1:  [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
9425     .                            .
9427     6 @key{RET}                        1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x
9429 @end group
9430 @end smallexample
9431 @noindent
9432 @smallexample
9433 @group
9434 2:  [1, 2, 1, 0, 5, 0, 0]    2:  1 + 2 x + x^2 + 5 x^4
9435 1:  [1, x, x^2, x^3, ... ]       .
9436     .
9438     ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^            *
9439 @end group
9440 @end smallexample
9442 Once again, here are the whole polynomial to/from vector programs:
9444 @example
9445 @group
9446 C-x ( Z `  [ ] t 1  0 @key{TAB}
9447            Z (  @key{TAB} @key{RET} 0 s l x @key{RET} M-@key{TAB} ! /  s | 1
9448                 a d x @key{RET}
9449          1 Z ) r 1
9450       Z '
9451 C-x )
9453 C-x (  1 + 0 @key{RET} 1 C-u v x ' x @key{RET} @key{TAB} V M ^ *  C-x )
9454 @end group
9455 @end example
9457 @node Programming Answer 11, Programming Answer 12, Programming Answer 10, Answers to Exercises
9458 @subsection Programming Tutorial Exercise 11
9460 @noindent
9461 First we define a dummy program to go on the @kbd{z s} key.  The true
9462 @w{@kbd{z s}} key is supposed to take two numbers from the stack and
9463 return one number, so @key{DEL} as a dummy definition will make
9464 sure the stack comes out right.
9466 @smallexample
9467 @group
9468 2:  4          1:  4                         2:  4
9469 1:  2              .                         1:  2
9470     .                                            .
9472   4 @key{RET} 2       C-x ( @key{DEL} C-x )  Z K s @key{RET}       2
9473 @end group
9474 @end smallexample
9476 The last step replaces the 2 that was eaten during the creation
9477 of the dummy @kbd{z s} command.  Now we move on to the real
9478 definition.  The recurrence needs to be rewritten slightly,
9479 to the form @expr{s(n,m) = s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m)}.
9481 (Because this definition is long, it will be repeated in concise form
9482 below.  You can use @kbd{C-x * m} to load it from there.)
9484 @smallexample
9485 @group
9486 2:  4        4:  4       3:  4       2:  4
9487 1:  2        3:  2       2:  2       1:  2
9488     .        2:  4       1:  0           .
9489              1:  2           .
9490                  .
9492   C-x (       M-2 @key{RET}        a =         Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1  Z :
9494 @end group
9495 @end smallexample
9496 @noindent
9497 @smallexample
9498 @group
9499 4:  4       2:  4                     2:  3      4:  3    4:  3    3:  3
9500 3:  2       1:  2                     1:  2      3:  2    3:  2    2:  2
9501 2:  2           .                         .      2:  3    2:  3    1:  3
9502 1:  0                                            1:  2    1:  1        .
9503     .                                                .        .
9505   @key{RET} 0   a = Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0  Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB}   M-2 @key{RET}     1 -      z s
9506 @end group
9507 @end smallexample
9509 @noindent
9510 (Note that the value 3 that our dummy @kbd{z s} produces is not correct;
9511 it is merely a placeholder that will do just as well for now.)
9513 @smallexample
9514 @group
9515 3:  3               4:  3           3:  3       2:  3      1:  -6
9516 2:  3               3:  3           2:  3       1:  9          .
9517 1:  2               2:  3           1:  3           .
9518     .               1:  2               .
9519                         .
9521  M-@key{TAB} M-@key{TAB}     @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB}         z s          *          -
9523 @end group
9524 @end smallexample
9525 @noindent
9526 @smallexample
9527 @group
9528 1:  -6                          2:  4          1:  11      2:  11
9529     .                           1:  2              .       1:  11
9530                                     .                          .
9532   Z ] Z ] C-x )   Z K s @key{RET}      @key{DEL} 4 @key{RET} 2       z s      M-@key{RET} k s
9533 @end group
9534 @end smallexample
9536 Even though the result that we got during the definition was highly
9537 bogus, once the definition is complete the @kbd{z s} command gets
9538 the right answers.
9540 Here's the full program once again:
9542 @example
9543 @group
9544 C-x (  M-2 @key{RET} a =
9545        Z [  @key{DEL} @key{DEL} 1
9546        Z :  @key{RET} 0 a =
9547             Z [  @key{DEL} @key{DEL} 0
9548             Z :  @key{TAB} 1 - @key{TAB} M-2 @key{RET} 1 - z s
9549                  M-@key{TAB} M-@key{TAB} @key{TAB} @key{RET} M-@key{TAB} z s * -
9550             Z ]
9551        Z ]
9552 C-x )
9553 @end group
9554 @end example
9556 You can read this definition using @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro})
9557 followed by @kbd{Z K s}, without having to make a dummy definition
9558 first, because @code{read-kbd-macro} doesn't need to execute the
9559 definition as it reads it in.  For this reason, @code{C-x * m} is often
9560 the easiest way to create recursive programs in Calc.
9562 @node Programming Answer 12,  , Programming Answer 11, Answers to Exercises
9563 @subsection Programming Tutorial Exercise 12
9565 @noindent
9566 This turns out to be a much easier way to solve the problem.  Let's
9567 denote Stirling numbers as calls of the function @samp{s}.
9569 First, we store the rewrite rules corresponding to the definition of
9570 Stirling numbers in a convenient variable:
9572 @smallexample
9573 s e StirlingRules @key{RET}
9574 [ s(n,n) := 1  :: n >= 0,
9575   s(n,0) := 0  :: n > 0,
9576   s(n,m) := s(n-1,m-1) - (n-1) s(n-1,m) :: n >= m :: m >= 1 ]
9577 C-c C-c
9578 @end smallexample
9580 Now, it's just a matter of applying the rules:
9582 @smallexample
9583 @group
9584 2:  4          1:  s(4, 2)              1:  11
9585 1:  2              .                        .
9586     .
9588   4 @key{RET} 2       C-x (  ' s($$,$) @key{RET}     a r StirlingRules @key{RET}  C-x )
9589 @end group
9590 @end smallexample
9592 As in the case of the @code{fib} rules, it would be useful to put these
9593 rules in @code{EvalRules} and to add a @samp{:: remember} condition to
9594 the last rule.
9596 @c This ends the table-of-contents kludge from above:
9597 @tex
9598 \global\let\chapternofonts=\oldchapternofonts
9599 @end tex
9601 @c [reference]
9603 @node Introduction, Data Types, Tutorial, Top
9604 @chapter Introduction
9606 @noindent
9607 This chapter is the beginning of the Calc reference manual.
9608 It covers basic concepts such as the stack, algebraic and
9609 numeric entry, undo, numeric prefix arguments, etc.
9611 @c [when-split]
9612 @c (Chapter 2, the Tutorial, has been printed in a separate volume.)
9614 @menu
9615 * Basic Commands::
9616 * Help Commands::
9617 * Stack Basics::
9618 * Numeric Entry::
9619 * Algebraic Entry::
9620 * Quick Calculator::
9621 * Prefix Arguments::
9622 * Undo::
9623 * Error Messages::
9624 * Multiple Calculators::
9625 * Troubleshooting Commands::
9626 @end menu
9628 @node Basic Commands, Help Commands, Introduction, Introduction
9629 @section Basic Commands
9631 @noindent
9632 @pindex calc
9633 @pindex calc-mode
9634 @cindex Starting the Calculator
9635 @cindex Running the Calculator
9636 To start the Calculator in its standard interface, type @kbd{M-x calc}.
9637 By default this creates a pair of small windows, @samp{*Calculator*}
9638 and @samp{*Calc Trail*}.  The former displays the contents of the
9639 Calculator stack and is manipulated exclusively through Calc commands.
9640 It is possible (though not usually necessary) to create several Calc
9641 mode buffers each of which has an independent stack, undo list, and
9642 mode settings.  There is exactly one Calc Trail buffer; it records a
9643 list of the results of all calculations that have been done.  The
9644 Calc Trail buffer uses a variant of Calc mode, so Calculator commands
9645 still work when the trail buffer's window is selected.  It is possible
9646 to turn the trail window off, but the @samp{*Calc Trail*} buffer itself
9647 still exists and is updated silently.  @xref{Trail Commands}.
9649 @kindex C-x * c
9650 @kindex C-x * *
9651 @ignore
9652 @mindex @null
9653 @end ignore
9654 In most installations, the @kbd{C-x * c} key sequence is a more
9655 convenient way to start the Calculator.  Also, @kbd{C-x * *} 
9656 is a synonym for @kbd{C-x * c} unless you last used Calc
9657 in its Keypad mode.
9659 @kindex x
9660 @kindex M-x
9661 @pindex calc-execute-extended-command
9662 Most Calc commands use one or two keystrokes.  Lower- and upper-case
9663 letters are distinct.  Commands may also be entered in full @kbd{M-x} form;
9664 for some commands this is the only form.  As a convenience, the @kbd{x}
9665 key (@code{calc-execute-extended-command})
9666 is like @kbd{M-x} except that it enters the initial string @samp{calc-}
9667 for you.  For example, the following key sequences are equivalent:
9668 @kbd{S}, @kbd{M-x calc-sin @key{RET}}, @kbd{x sin @key{RET}}.
9670 Although Calc is designed to be used from the keyboard, some of
9671 Calc's more common commands are available from a menu.  In the menu, the
9672 arguments to the functions are given by referring to their stack level
9673 numbers.
9675 @cindex Extensions module
9676 @cindex @file{calc-ext} module
9677 The Calculator exists in many parts.  When you type @kbd{C-x * c}, the
9678 Emacs ``auto-load'' mechanism will bring in only the first part, which
9679 contains the basic arithmetic functions.  The other parts will be
9680 auto-loaded the first time you use the more advanced commands like trig
9681 functions or matrix operations.  This is done to improve the response time
9682 of the Calculator in the common case when all you need to do is a
9683 little arithmetic.  If for some reason the Calculator fails to load an
9684 extension module automatically, you can force it to load all the
9685 extensions by using the @kbd{C-x * L} (@code{calc-load-everything})
9686 command.  @xref{Mode Settings}.
9688 If you type @kbd{M-x calc} or @kbd{C-x * c} with any numeric prefix argument,
9689 the Calculator is loaded if necessary, but it is not actually started.
9690 If the argument is positive, the @file{calc-ext} extensions are also
9691 loaded if necessary.  User-written Lisp code that wishes to make use
9692 of Calc's arithmetic routines can use @samp{(calc 0)} or @samp{(calc 1)}
9693 to auto-load the Calculator.
9695 @kindex C-x * b
9696 @pindex full-calc
9697 If you type @kbd{C-x * b}, then next time you use @kbd{C-x * c} you
9698 will get a Calculator that uses the full height of the Emacs screen.
9699 When full-screen mode is on, @kbd{C-x * c} runs the @code{full-calc}
9700 command instead of @code{calc}.  From the Unix shell you can type
9701 @samp{emacs -f full-calc} to start a new Emacs specifically for use
9702 as a calculator.  When Calc is started from the Emacs command line
9703 like this, Calc's normal ``quit'' commands actually quit Emacs itself.
9705 @kindex C-x * o
9706 @pindex calc-other-window
9707 The @kbd{C-x * o} command is like @kbd{C-x * c} except that the Calc
9708 window is not actually selected.  If you are already in the Calc
9709 window, @kbd{C-x * o} switches you out of it.  (The regular Emacs
9710 @kbd{C-x o} command would also work for this, but it has a
9711 tendency to drop you into the Calc Trail window instead, which
9712 @kbd{C-x * o} takes care not to do.)
9714 @ignore
9715 @mindex C-x * q
9716 @end ignore
9717 For one quick calculation, you can type @kbd{C-x * q} (@code{quick-calc})
9718 which prompts you for a formula (like @samp{2+3/4}).  The result is
9719 displayed at the bottom of the Emacs screen without ever creating
9720 any special Calculator windows.  @xref{Quick Calculator}.
9722 @ignore
9723 @mindex C-x * k
9724 @end ignore
9725 Finally, if you are using the X window system you may want to try
9726 @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) which runs Calc with a
9727 ``calculator keypad'' picture as well as a stack display.  Click on
9728 the keys with the mouse to operate the calculator.  @xref{Keypad Mode}.
9730 @kindex q
9731 @pindex calc-quit
9732 @cindex Quitting the Calculator
9733 @cindex Exiting the Calculator
9734 The @kbd{q} key (@code{calc-quit}) exits Calc mode and closes the
9735 Calculator's window(s).  It does not delete the Calculator buffers.
9736 If you type @kbd{M-x calc} again, the Calculator will reappear with the
9737 contents of the stack intact.  Typing @kbd{C-x * c} or @kbd{C-x * *}
9738 again from inside the Calculator buffer is equivalent to executing
9739 @code{calc-quit}; you can think of @kbd{C-x * *} as toggling the
9740 Calculator on and off.
9742 @kindex C-x * x
9743 The @kbd{C-x * x} command also turns the Calculator off, no matter which
9744 user interface (standard, Keypad, or Embedded) is currently active.
9745 It also cancels @code{calc-edit} mode if used from there.
9747 @kindex d @key{SPC}
9748 @pindex calc-refresh
9749 @cindex Refreshing a garbled display
9750 @cindex Garbled displays, refreshing
9751 The @kbd{d @key{SPC}} key sequence (@code{calc-refresh}) redraws the contents
9752 of the Calculator buffer from memory.  Use this if the contents of the
9753 buffer have been damaged somehow.
9755 @ignore
9756 @mindex o
9757 @end ignore
9758 The @kbd{o} key (@code{calc-realign}) moves the cursor back to its
9759 ``home'' position at the bottom of the Calculator buffer.
9761 @kindex <
9762 @kindex >
9763 @pindex calc-scroll-left
9764 @pindex calc-scroll-right
9765 @cindex Horizontal scrolling
9766 @cindex Scrolling
9767 @cindex Wide text, scrolling
9768 The @kbd{<} and @kbd{>} keys are bound to @code{calc-scroll-left} and
9769 @code{calc-scroll-right}.  These are just like the normal horizontal
9770 scrolling commands except that they scroll one half-screen at a time by
9771 default.  (Calc formats its output to fit within the bounds of the
9772 window whenever it can.)
9774 @kindex @{
9775 @kindex @}
9776 @pindex calc-scroll-down
9777 @pindex calc-scroll-up
9778 @cindex Vertical scrolling
9779 The @kbd{@{} and @kbd{@}} keys are bound to @code{calc-scroll-down}
9780 and @code{calc-scroll-up}.  They scroll up or down by one-half the
9781 height of the Calc window.
9783 @kindex C-x * 0
9784 @pindex calc-reset
9785 The @kbd{C-x * 0} command (@code{calc-reset}; that's @kbd{C-x *} followed
9786 by a zero) resets the Calculator to its initial state.  This clears
9787 the stack, resets all the modes to their initial values (the values
9788 that were saved with @kbd{m m} (@code{calc-save-modes})), clears the
9789 caches (@pxref{Caches}), and so on.  (It does @emph{not} erase the
9790 values of any variables.) With an argument of 0, Calc will be reset to
9791 its default state; namely, the modes will be given their default values.
9792 With a positive prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of
9793 the stack but resets everything else to its initial state; with a
9794 negative prefix argument, @kbd{C-x * 0} preserves the contents of the
9795 stack but resets everything else to its default state.
9797 @pindex calc-version
9798 The @kbd{M-x calc-version} command displays the current version number
9799 of Calc and the name of the person who installed it on your system.
9800 (This information is also present in the @samp{*Calc Trail*} buffer,
9801 and in the output of the @kbd{h h} command.)
9803 @node Help Commands, Stack Basics, Basic Commands, Introduction
9804 @section Help Commands
9806 @noindent
9807 @cindex Help commands
9808 @kindex ?
9809 @pindex calc-help
9810 The @kbd{?} key (@code{calc-help}) displays a series of brief help messages.
9811 Some keys (such as @kbd{b} and @kbd{d}) are prefix keys, like Emacs'
9812 @key{ESC} and @kbd{C-x} prefixes.  You can type
9813 @kbd{?} after a prefix to see a list of commands beginning with that
9814 prefix.  (If the message includes @samp{[MORE]}, press @kbd{?} again
9815 to see additional commands for that prefix.)
9817 @kindex h h
9818 @pindex calc-full-help
9819 The @kbd{h h} (@code{calc-full-help}) command displays all the @kbd{?}
9820 responses at once.  When printed, this makes a nice, compact (three pages)
9821 summary of Calc keystrokes.
9823 In general, the @kbd{h} key prefix introduces various commands that
9824 provide help within Calc.  Many of the @kbd{h} key functions are
9825 Calc-specific analogues to the @kbd{C-h} functions for Emacs help.
9827 @kindex h i
9828 @kindex C-x * i
9829 @kindex i
9830 @pindex calc-info
9831 The @kbd{h i} (@code{calc-info}) command runs the Emacs Info system
9832 to read this manual on-line.  This is basically the same as typing
9833 @kbd{C-h i} (the regular way to run the Info system), then, if Info
9834 is not already in the Calc manual, selecting the beginning of the
9835 manual.  The @kbd{C-x * i} command is another way to read the Calc
9836 manual; it is different from @kbd{h i} in that it works any time,
9837 not just inside Calc.  The plain @kbd{i} key is also equivalent to
9838 @kbd{h i}, though this key is obsolete and may be replaced with a
9839 different command in a future version of Calc.
9841 @kindex h t
9842 @kindex C-x * t
9843 @pindex calc-tutorial
9844 The @kbd{h t} (@code{calc-tutorial}) command runs the Info system on
9845 the Tutorial section of the Calc manual.  It is like @kbd{h i},
9846 except that it selects the starting node of the tutorial rather
9847 than the beginning of the whole manual.  (It actually selects the
9848 node ``Interactive Tutorial'' which tells a few things about
9849 using the Info system before going on to the actual tutorial.)
9850 The @kbd{C-x * t} key is equivalent to @kbd{h t} (but it works at
9851 all times).
9853 @kindex h s
9854 @kindex C-x * s
9855 @pindex calc-info-summary
9856 The @kbd{h s} (@code{calc-info-summary}) command runs the Info system
9857 on the Summary node of the Calc manual.  @xref{Summary}.  The @kbd{C-x * s}
9858 key is equivalent to @kbd{h s}.
9860 @kindex h k
9861 @pindex calc-describe-key
9862 The @kbd{h k} (@code{calc-describe-key}) command looks up a key
9863 sequence in the Calc manual.  For example, @kbd{h k H a S} looks
9864 up the documentation on the @kbd{H a S} (@code{calc-solve-for})
9865 command.  This works by looking up the textual description of
9866 the key(s) in the Key Index of the manual, then jumping to the
9867 node indicated by the index.
9869 Most Calc commands do not have traditional Emacs documentation
9870 strings, since the @kbd{h k} command is both more convenient and
9871 more instructive.  This means the regular Emacs @kbd{C-h k}
9872 (@code{describe-key}) command will not be useful for Calc keystrokes.
9874 @kindex h c
9875 @pindex calc-describe-key-briefly
9876 The @kbd{h c} (@code{calc-describe-key-briefly}) command reads a
9877 key sequence and displays a brief one-line description of it at
9878 the bottom of the screen.  It looks for the key sequence in the
9879 Summary node of the Calc manual; if it doesn't find the sequence
9880 there, it acts just like its regular Emacs counterpart @kbd{C-h c}
9881 (@code{describe-key-briefly}).  For example, @kbd{h c H a S}
9882 gives the description:
9884 @smallexample
9885 H a S runs calc-solve-for:  a `H a S' v  => fsolve(a,v)  (?=notes)
9886 @end smallexample
9888 @noindent
9889 which means the command @kbd{H a S} or @kbd{H M-x calc-solve-for}
9890 takes a value @expr{a} from the stack, prompts for a value @expr{v},
9891 then applies the algebraic function @code{fsolve} to these values.
9892 The @samp{?=notes} message means you can now type @kbd{?} to see
9893 additional notes from the summary that apply to this command.
9895 @kindex h f
9896 @pindex calc-describe-function
9897 The @kbd{h f} (@code{calc-describe-function}) command looks up an
9898 algebraic function or a command name in the Calc manual.  Enter an
9899 algebraic function name to look up that function in the Function
9900 Index or enter a command name beginning with @samp{calc-} to look it 
9901 up in the Command Index.  This command will also look up operator
9902 symbols that can appear in algebraic formulas, like @samp{%} and 
9903 @samp{=>}.
9905 @kindex h v
9906 @pindex calc-describe-variable
9907 The @kbd{h v} (@code{calc-describe-variable}) command looks up a
9908 variable in the Calc manual.  Enter a variable name like @code{pi} or
9909 @code{PlotRejects}.
9911 @kindex h b
9912 @pindex describe-bindings
9913 The @kbd{h b} (@code{calc-describe-bindings}) command is just like
9914 @kbd{C-h b}, except that only local (Calc-related) key bindings are
9915 listed.
9917 @kindex h n
9918 The @kbd{h n} or @kbd{h C-n} (@code{calc-view-news}) command displays
9919 the ``news'' or change history of Calc.  This is kept in the file
9920 @file{README}, which Calc looks for in the same directory as the Calc
9921 source files.
9923 @kindex h C-c
9924 @kindex h C-d
9925 @kindex h C-w
9926 The @kbd{h C-c}, @kbd{h C-d}, and @kbd{h C-w} keys display copying,
9927 distribution, and warranty information about Calc.  These work by
9928 pulling up the appropriate parts of the ``Copying'' or ``Reporting
9929 Bugs'' sections of the manual.
9931 @node Stack Basics, Numeric Entry, Help Commands, Introduction
9932 @section Stack Basics
9934 @noindent
9935 @cindex Stack basics
9936 @c [fix-tut RPN Calculations and the Stack]
9937 Calc uses RPN notation.  If you are not familiar with RPN, @pxref{RPN
9938 Tutorial}.
9940 To add the numbers 1 and 2 in Calc you would type the keys:
9941 @kbd{1 @key{RET} 2 +}.
9942 (@key{RET} corresponds to the @key{ENTER} key on most calculators.)
9943 The first three keystrokes ``push'' the numbers 1 and 2 onto the stack.  The
9944 @kbd{+} key always ``pops'' the top two numbers from the stack, adds them,
9945 and pushes the result (3) back onto the stack.  This number is ready for
9946 further calculations:  @kbd{5 -} pushes 5 onto the stack, then pops the
9947 3 and 5, subtracts them, and pushes the result (@mathit{-2}).
9949 Note that the ``top'' of the stack actually appears at the @emph{bottom}
9950 of the buffer.  A line containing a single @samp{.} character signifies
9951 the end of the buffer; Calculator commands operate on the number(s)
9952 directly above this line.  The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack})
9953 command allows you to move the @samp{.} marker up and down in the stack;
9954 @pxref{Truncating the Stack}.
9956 @kindex d l
9957 @pindex calc-line-numbering
9958 Stack elements are numbered consecutively, with number 1 being the top of
9959 the stack.  These line numbers are ordinarily displayed on the lefthand side
9960 of the window.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) command controls
9961 whether these numbers appear.  (Line numbers may be turned off since they
9962 slow the Calculator down a bit and also clutter the display.)
9964 @kindex o
9965 @pindex calc-realign
9966 The unshifted letter @kbd{o} (@code{calc-realign}) command repositions
9967 the cursor to its top-of-stack ``home'' position.  It also undoes any
9968 horizontal scrolling in the window.  If you give it a numeric prefix
9969 argument, it instead moves the cursor to the specified stack element.
9971 The @key{RET} (or equivalent @key{SPC}) key is only required to separate
9972 two consecutive numbers.
9973 (After all, if you typed @kbd{1 2} by themselves the Calculator
9974 would enter the number 12.)  If you press @key{RET} or @key{SPC} @emph{not}
9975 right after typing a number, the key duplicates the number on the top of
9976 the stack.  @kbd{@key{RET} *} is thus a handy way to square a number.
9978 The @key{DEL} key pops and throws away the top number on the stack.
9979 The @key{TAB} key swaps the top two objects on the stack.
9980 @xref{Stack and Trail}, for descriptions of these and other stack-related
9981 commands.
9983 @node Numeric Entry, Algebraic Entry, Stack Basics, Introduction
9984 @section Numeric Entry
9986 @noindent
9987 @kindex 0-9
9988 @kindex .
9989 @kindex e
9990 @cindex Numeric entry
9991 @cindex Entering numbers
9992 Pressing a digit or other numeric key begins numeric entry using the
9993 minibuffer.  The number is pushed on the stack when you press the @key{RET}
9994 or @key{SPC} keys.  If you press any other non-numeric key, the number is
9995 pushed onto the stack and the appropriate operation is performed.  If
9996 you press a numeric key which is not valid, the key is ignored.
9998 @cindex Minus signs
9999 @cindex Negative numbers, entering
10000 @kindex _
10001 There are three different concepts corresponding to the word ``minus,''
10002 typified by @expr{a-b} (subtraction), @expr{-x}
10003 (change-sign), and @expr{-5} (negative number).  Calc uses three
10004 different keys for these operations, respectively:
10005 @kbd{-}, @kbd{n}, and @kbd{_} (the underscore).  The @kbd{-} key subtracts
10006 the two numbers on the top of the stack.  The @kbd{n} key changes the sign
10007 of the number on the top of the stack or the number currently being entered.
10008 The @kbd{_} key begins entry of a negative number or changes the sign of
10009 the number currently being entered.  The following sequences all enter the
10010 number @mathit{-5} onto the stack:  @kbd{0 @key{RET} 5 -}, @kbd{5 n @key{RET}},
10011 @kbd{5 @key{RET} n}, @kbd{_ 5 @key{RET}}, @kbd{5 _ @key{RET}}.
10013 Some other keys are active during numeric entry, such as @kbd{#} for
10014 non-decimal numbers, @kbd{:} for fractions, and @kbd{@@} for HMS forms.
10015 These notations are described later in this manual with the corresponding
10016 data types.  @xref{Data Types}.
10018 During numeric entry, the only editing key available is @key{DEL}.
10020 @node Algebraic Entry, Quick Calculator, Numeric Entry, Introduction
10021 @section Algebraic Entry
10023 @noindent
10024 @kindex '
10025 @pindex calc-algebraic-entry
10026 @cindex Algebraic notation
10027 @cindex Formulas, entering
10028 Calculations can also be entered in algebraic form.  This is accomplished
10029 by typing the apostrophe key, ', followed by the expression in
10030 standard format:  
10032 @example
10033 ' 2+3*4 @key{RET}.
10034 @end example
10036 @noindent
10037 This will compute
10038 @texline @math{2+(3\times4) = 14}
10039 @infoline @expr{2+(3*4) = 14} 
10040 and push it on the stack.  If you wish you can
10041 ignore the RPN aspect of Calc altogether and simply enter algebraic
10042 expressions in this way.  You may want to use @key{DEL} every so often to
10043 clear previous results off the stack.
10045 You can press the apostrophe key during normal numeric entry to switch
10046 the half-entered number into Algebraic entry mode.  One reason to do this
10047 would be to use the full Emacs cursor motion and editing keys, which are
10048 available during algebraic entry but not during numeric entry.
10050 In the same vein, during either numeric or algebraic entry you can
10051 press @kbd{`} (backquote) to switch to @code{calc-edit} mode, where
10052 you complete your half-finished entry in a separate buffer.
10053 @xref{Editing Stack Entries}.
10055 @kindex m a
10056 @pindex calc-algebraic-mode
10057 @cindex Algebraic Mode
10058 If you prefer algebraic entry, you can use the command @kbd{m a}
10059 (@code{calc-algebraic-mode}) to set Algebraic mode.  In this mode,
10060 digits and other keys that would normally start numeric entry instead
10061 start full algebraic entry; as long as your formula begins with a digit
10062 you can omit the apostrophe.  Open parentheses and square brackets also
10063 begin algebraic entry.  You can still do RPN calculations in this mode,
10064 but you will have to press @key{RET} to terminate every number:
10065 @kbd{2 @key{RET} 3 @key{RET} * 4 @key{RET} +} would accomplish the same
10066 thing as @kbd{2*3+4 @key{RET}}.
10068 @cindex Incomplete Algebraic Mode
10069 If you give a numeric prefix argument like @kbd{C-u} to the @kbd{m a}
10070 command, it enables Incomplete Algebraic mode; this is like regular
10071 Algebraic mode except that it applies to the @kbd{(} and @kbd{[} keys
10072 only.  Numeric keys still begin a numeric entry in this mode.
10074 @kindex m t
10075 @pindex calc-total-algebraic-mode
10076 @cindex Total Algebraic Mode
10077 The @kbd{m t} (@code{calc-total-algebraic-mode}) gives you an even
10078 stronger algebraic-entry mode, in which @emph{all} regular letter and
10079 punctuation keys begin algebraic entry.  Use this if you prefer typing
10080 @w{@kbd{sqrt( )}} instead of @kbd{Q}, @w{@kbd{factor( )}} instead of
10081 @kbd{a f}, and so on.  To type regular Calc commands when you are in
10082 Total Algebraic mode, hold down the @key{META} key.  Thus @kbd{M-q}
10083 is the command to quit Calc, @kbd{M-p} sets the precision, and
10084 @kbd{M-m t} (or @kbd{M-m M-t}, if you prefer) turns Total Algebraic
10085 mode back off again.  Meta keys also terminate algebraic entry, so
10086 that @kbd{2+3 M-S} is equivalent to @kbd{2+3 @key{RET} M-S}.  The symbol
10087 @samp{Alg*} will appear in the mode line whenever you are in this mode.
10089 Pressing @kbd{'} (the apostrophe) a second time re-enters the previous
10090 algebraic formula.  You can then use the normal Emacs editing keys to
10091 modify this formula to your liking before pressing @key{RET}.
10093 @kindex $
10094 @cindex Formulas, referring to stack
10095 Within a formula entered from the keyboard, the symbol @kbd{$}
10096 represents the number on the top of the stack.  If an entered formula
10097 contains any @kbd{$} characters, the Calculator replaces the top of
10098 stack with that formula rather than simply pushing the formula onto the
10099 stack.  Thus, @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3 on the stack, and @kbd{$*2
10100 @key{RET}} replaces it with 6.  Note that the @kbd{$} key always
10101 initiates algebraic entry; the @kbd{'} is unnecessary if @kbd{$} is the
10102 first character in the new formula.
10104 Higher stack elements can be accessed from an entered formula with the
10105 symbols @kbd{$$}, @kbd{$$$}, and so on.  The number of stack elements
10106 removed (to be replaced by the entered values) equals the number of dollar
10107 signs in the longest such symbol in the formula.  For example, @samp{$$+$$$}
10108 adds the second and third stack elements, replacing the top three elements
10109 with the answer.  (All information about the top stack element is thus lost
10110 since no single @samp{$} appears in this formula.)
10112 A slightly different way to refer to stack elements is with a dollar
10113 sign followed by a number:  @samp{$1}, @samp{$2}, and so on are much
10114 like @samp{$}, @samp{$$}, etc., except that stack entries referred
10115 to numerically are not replaced by the algebraic entry.  That is, while
10116 @samp{$+1} replaces 5 on the stack with 6, @samp{$1+1} leaves the 5
10117 on the stack and pushes an additional 6.
10119 If a sequence of formulas are entered separated by commas, each formula
10120 is pushed onto the stack in turn.  For example, @samp{1,2,3} pushes
10121 those three numbers onto the stack (leaving the 3 at the top), and
10122 @samp{$+1,$-1} replaces a 5 on the stack with 4 followed by 6.  Also,
10123 @samp{$,$$} exchanges the top two elements of the stack, just like the
10124 @key{TAB} key.
10126 You can finish an algebraic entry with @kbd{M-=} or @kbd{M-@key{RET}} instead
10127 of @key{RET}.  This uses @kbd{=} to evaluate the variables in each
10128 formula that goes onto the stack.  (Thus @kbd{' pi @key{RET}} pushes
10129 the variable @samp{pi}, but @kbd{' pi M-@key{RET}} pushes 3.1415.)
10131 If you finish your algebraic entry by pressing @key{LFD} (or @kbd{C-j})
10132 instead of @key{RET}, Calc disables the default simplifications
10133 (as if by @kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}) while the entry
10134 is being pushed on the stack.  Thus @kbd{' 1+2 @key{RET}} pushes 3
10135 on the stack, but @kbd{' 1+2 @key{LFD}} pushes the formula @expr{1+2};
10136 you might then press @kbd{=} when it is time to evaluate this formula.
10138 @node Quick Calculator, Prefix Arguments, Algebraic Entry, Introduction
10139 @section ``Quick Calculator'' Mode
10141 @noindent
10142 @kindex C-x * q
10143 @pindex quick-calc
10144 @cindex Quick Calculator
10145 There is another way to invoke the Calculator if all you need to do
10146 is make one or two quick calculations.  Type @kbd{C-x * q} (or
10147 @kbd{M-x quick-calc}), then type any formula as an algebraic entry.
10148 The Calculator will compute the result and display it in the echo
10149 area, without ever actually putting up a Calc window.
10151 You can use the @kbd{$} character in a Quick Calculator formula to
10152 refer to the previous Quick Calculator result.  Older results are
10153 not retained; the Quick Calculator has no effect on the full
10154 Calculator's stack or trail.  If you compute a result and then
10155 forget what it was, just run @code{C-x * q} again and enter
10156 @samp{$} as the formula.
10158 If this is the first time you have used the Calculator in this Emacs
10159 session, the @kbd{C-x * q} command will create the @code{*Calculator*}
10160 buffer and perform all the usual initializations; it simply will
10161 refrain from putting that buffer up in a new window.  The Quick
10162 Calculator refers to the @code{*Calculator*} buffer for all mode
10163 settings.  Thus, for example, to set the precision that the Quick
10164 Calculator uses, simply run the full Calculator momentarily and use
10165 the regular @kbd{p} command.
10167 If you use @code{C-x * q} from inside the Calculator buffer, the
10168 effect is the same as pressing the apostrophe key (algebraic entry).
10170 The result of a Quick calculation is placed in the Emacs ``kill ring''
10171 as well as being displayed.  A subsequent @kbd{C-y} command will
10172 yank the result into the editing buffer.  You can also use this
10173 to yank the result into the next @kbd{C-x * q} input line as a more
10174 explicit alternative to @kbd{$} notation, or to yank the result
10175 into the Calculator stack after typing @kbd{C-x * c}.
10177 If you finish your formula by typing @key{LFD} (or @kbd{C-j}) instead
10178 of @key{RET}, the result is inserted immediately into the current
10179 buffer rather than going into the kill ring.
10181 Quick Calculator results are actually evaluated as if by the @kbd{=}
10182 key (which replaces variable names by their stored values, if any).
10183 If the formula you enter is an assignment to a variable using the
10184 @samp{:=} operator, say, @samp{foo := 2 + 3} or @samp{foo := foo + 1},
10185 then the result of the evaluation is stored in that Calc variable.
10186 @xref{Store and Recall}.
10188 If the result is an integer and the current display radix is decimal,
10189 the number will also be displayed in hex, octal and binary formats.  If
10190 the integer is in the range from 1 to 126, it will also be displayed as
10191 an ASCII character.
10193 For example, the quoted character @samp{"x"} produces the vector
10194 result @samp{[120]} (because 120 is the ASCII code of the lower-case
10195 `x'; @pxref{Strings}).  Since this is a vector, not an integer, it
10196 is displayed only according to the current mode settings.  But
10197 running Quick Calc again and entering @samp{120} will produce the
10198 result @samp{120 (16#78, 8#170, x)} which shows the number in its
10199 decimal, hexadecimal, octal, and ASCII forms.
10201 Please note that the Quick Calculator is not any faster at loading
10202 or computing the answer than the full Calculator; the name ``quick''
10203 merely refers to the fact that it's much less hassle to use for
10204 small calculations.
10206 @node Prefix Arguments, Undo, Quick Calculator, Introduction
10207 @section Numeric Prefix Arguments
10209 @noindent
10210 Many Calculator commands use numeric prefix arguments.  Some, such as
10211 @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}), set a parameter to the value of
10212 the prefix argument or use a default if you don't use a prefix.
10213 Others (like @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation})) require an argument
10214 and prompt for a number if you don't give one as a prefix.
10216 As a rule, stack-manipulation commands accept a numeric prefix argument
10217 which is interpreted as an index into the stack.  A positive argument
10218 operates on the top @var{n} stack entries; a negative argument operates
10219 on the @var{n}th stack entry in isolation; and a zero argument operates
10220 on the entire stack.
10222 Most commands that perform computations (such as the arithmetic and
10223 scientific functions) accept a numeric prefix argument that allows the
10224 operation to be applied across many stack elements.  For unary operations
10225 (that is, functions of one argument like absolute value or complex
10226 conjugate), a positive prefix argument applies that function to the top
10227 @var{n} stack entries simultaneously, and a negative argument applies it
10228 to the @var{n}th stack entry only.  For binary operations (functions of
10229 two arguments like addition, GCD, and vector concatenation), a positive
10230 prefix argument ``reduces'' the function across the top @var{n}
10231 stack elements (for example, @kbd{C-u 5 +} sums the top 5 stack entries;
10232 @pxref{Reducing and Mapping}), and a negative argument maps the next-to-top
10233 @var{n} stack elements with the top stack element as a second argument
10234 (for example, @kbd{7 c-u -5 +} adds 7 to the top 5 stack elements).
10235 This feature is not available for operations which use the numeric prefix
10236 argument for some other purpose.
10238 Numeric prefixes are specified the same way as always in Emacs:  Press
10239 a sequence of @key{META}-digits, or press @key{ESC} followed by digits,
10240 or press @kbd{C-u} followed by digits.  Some commands treat plain
10241 @kbd{C-u} (without any actual digits) specially.
10243 @kindex ~
10244 @pindex calc-num-prefix
10245 You can type @kbd{~} (@code{calc-num-prefix}) to pop an integer from the
10246 top of the stack and enter it as the numeric prefix for the next command.
10247 For example, @kbd{C-u 16 p} sets the precision to 16 digits; an alternate
10248 (silly) way to do this would be @kbd{2 @key{RET} 4 ^ ~ p}, i.e., compute 2
10249 to the fourth power and set the precision to that value.
10251 Conversely, if you have typed a numeric prefix argument the @kbd{~} key
10252 pushes it onto the stack in the form of an integer.
10254 @node Undo, Error Messages, Prefix Arguments, Introduction
10255 @section Undoing Mistakes
10257 @noindent
10258 @kindex U
10259 @kindex C-_
10260 @pindex calc-undo
10261 @cindex Mistakes, undoing
10262 @cindex Undoing mistakes
10263 @cindex Errors, undoing
10264 The shift-@kbd{U} key (@code{calc-undo}) undoes the most recent operation.
10265 If that operation added or dropped objects from the stack, those objects
10266 are removed or restored.  If it was a ``store'' operation, you are
10267 queried whether or not to restore the variable to its original value.
10268 The @kbd{U} key may be pressed any number of times to undo successively
10269 farther back in time; with a numeric prefix argument it undoes a
10270 specified number of operations.  The undo history is cleared only by the
10271 @kbd{q} (@code{calc-quit}) command.  (Recall that @kbd{C-x * c} is
10272 synonymous with @code{calc-quit} while inside the Calculator; this
10273 also clears the undo history.)
10275 Currently the mode-setting commands (like @code{calc-precision}) are not
10276 undoable.  You can undo past a point where you changed a mode, but you
10277 will need to reset the mode yourself.
10279 @kindex D
10280 @pindex calc-redo
10281 @cindex Redoing after an Undo
10282 The shift-@kbd{D} key (@code{calc-redo}) redoes an operation that was
10283 mistakenly undone.  Pressing @kbd{U} with a negative prefix argument is
10284 equivalent to executing @code{calc-redo}.  You can redo any number of
10285 times, up to the number of recent consecutive undo commands.  Redo
10286 information is cleared whenever you give any command that adds new undo
10287 information, i.e., if you undo, then enter a number on the stack or make
10288 any other change, then it will be too late to redo.
10290 @kindex M-@key{RET}
10291 @pindex calc-last-args
10292 @cindex Last-arguments feature
10293 @cindex Arguments, restoring
10294 The @kbd{M-@key{RET}} key (@code{calc-last-args}) is like undo in that
10295 it restores the arguments of the most recent command onto the stack;
10296 however, it does not remove the result of that command.  Given a numeric
10297 prefix argument, this command applies to the @expr{n}th most recent
10298 command which removed items from the stack; it pushes those items back
10299 onto the stack.
10301 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command provides a related function
10302 to @kbd{M-@key{RET}}.  @xref{Stack and Trail}.
10304 It is also possible to recall previous results or inputs using the trail.
10305 @xref{Trail Commands}.
10307 The standard Emacs @kbd{C-_} undo key is recognized as a synonym for @kbd{U}.
10309 @node Error Messages, Multiple Calculators, Undo, Introduction
10310 @section Error Messages
10312 @noindent
10313 @kindex w
10314 @pindex calc-why
10315 @cindex Errors, messages
10316 @cindex Why did an error occur?
10317 Many situations that would produce an error message in other calculators
10318 simply create unsimplified formulas in the Emacs Calculator.  For example,
10319 @kbd{1 @key{RET} 0 /} pushes the formula @expr{1 / 0}; @w{@kbd{0 L}} pushes
10320 the formula @samp{ln(0)}.  Floating-point overflow and underflow are also
10321 reasons for this to happen.
10323 When a function call must be left in symbolic form, Calc usually
10324 produces a message explaining why.  Messages that are probably
10325 surprising or indicative of user errors are displayed automatically.
10326 Other messages are simply kept in Calc's memory and are displayed only
10327 if you type @kbd{w} (@code{calc-why}).  You can also press @kbd{w} if
10328 the same computation results in several messages.  (The first message
10329 will end with @samp{[w=more]} in this case.)
10331 @kindex d w
10332 @pindex calc-auto-why
10333 The @kbd{d w} (@code{calc-auto-why}) command controls when error messages
10334 are displayed automatically.  (Calc effectively presses @kbd{w} for you
10335 after your computation finishes.)  By default, this occurs only for
10336 ``important'' messages.  The other possible modes are to report
10337 @emph{all} messages automatically, or to report none automatically (so
10338 that you must always press @kbd{w} yourself to see the messages).
10340 @node Multiple Calculators, Troubleshooting Commands, Error Messages, Introduction
10341 @section Multiple Calculators
10343 @noindent
10344 @pindex another-calc
10345 It is possible to have any number of Calc mode buffers at once.
10346 Usually this is done by executing @kbd{M-x another-calc}, which
10347 is similar to @kbd{C-x * c} except that if a @samp{*Calculator*}
10348 buffer already exists, a new, independent one with a name of the
10349 form @samp{*Calculator*<@var{n}>} is created.  You can also use the
10350 command @code{calc-mode} to put any buffer into Calculator mode, but
10351 this would ordinarily never be done.
10353 The @kbd{q} (@code{calc-quit}) command does not destroy a Calculator buffer;
10354 it only closes its window.  Use @kbd{M-x kill-buffer} to destroy a
10355 Calculator buffer.
10357 Each Calculator buffer keeps its own stack, undo list, and mode settings
10358 such as precision, angular mode, and display formats.  In Emacs terms,
10359 variables such as @code{calc-stack} are buffer-local variables.  The
10360 global default values of these variables are used only when a new
10361 Calculator buffer is created.  The @code{calc-quit} command saves
10362 the stack and mode settings of the buffer being quit as the new defaults.
10364 There is only one trail buffer, @samp{*Calc Trail*}, used by all
10365 Calculator buffers.
10367 @node Troubleshooting Commands,  , Multiple Calculators, Introduction
10368 @section Troubleshooting Commands
10370 @noindent
10371 This section describes commands you can use in case a computation
10372 incorrectly fails or gives the wrong answer.
10374 @xref{Reporting Bugs}, if you find a problem that appears to be due
10375 to a bug or deficiency in Calc.
10377 @menu
10378 * Autoloading Problems::
10379 * Recursion Depth::
10380 * Caches::
10381 * Debugging Calc::
10382 @end menu
10384 @node Autoloading Problems, Recursion Depth, Troubleshooting Commands, Troubleshooting Commands
10385 @subsection Autoloading Problems
10387 @noindent
10388 The Calc program is split into many component files; components are
10389 loaded automatically as you use various commands that require them.
10390 Occasionally Calc may lose track of when a certain component is
10391 necessary; typically this means you will type a command and it won't
10392 work because some function you've never heard of was undefined.
10394 @kindex C-x * L
10395 @pindex calc-load-everything
10396 If this happens, the easiest workaround is to type @kbd{C-x * L}
10397 (@code{calc-load-everything}) to force all the parts of Calc to be
10398 loaded right away.  This will cause Emacs to take up a lot more
10399 memory than it would otherwise, but it's guaranteed to fix the problem.
10401 @node Recursion Depth, Caches, Autoloading Problems, Troubleshooting Commands
10402 @subsection Recursion Depth
10404 @noindent
10405 @kindex M
10406 @kindex I M
10407 @pindex calc-more-recursion-depth
10408 @pindex calc-less-recursion-depth
10409 @cindex Recursion depth
10410 @cindex ``Computation got stuck'' message
10411 @cindex @code{max-lisp-eval-depth}
10412 @cindex @code{max-specpdl-size}
10413 Calc uses recursion in many of its calculations.  Emacs Lisp keeps a
10414 variable @code{max-lisp-eval-depth} which limits the amount of recursion
10415 possible in an attempt to recover from program bugs.  If a calculation
10416 ever halts incorrectly with the message ``Computation got stuck or
10417 ran too long,'' use the @kbd{M} command (@code{calc-more-recursion-depth})
10418 to increase this limit.  (Of course, this will not help if the
10419 calculation really did get stuck due to some problem inside Calc.)
10421 The limit is always increased (multiplied) by a factor of two.  There
10422 is also an @kbd{I M} (@code{calc-less-recursion-depth}) command which
10423 decreases this limit by a factor of two, down to a minimum value of 200.
10424 The default value is 1000.
10426 These commands also double or halve @code{max-specpdl-size}, another
10427 internal Lisp recursion limit.  The minimum value for this limit is 600.
10429 @node Caches, Debugging Calc, Recursion Depth, Troubleshooting Commands
10430 @subsection Caches
10432 @noindent
10433 @cindex Caches
10434 @cindex Flushing caches
10435 Calc saves certain values after they have been computed once.  For
10436 example, the @kbd{P} (@code{calc-pi}) command initially ``knows'' the
10437 constant @cpi{} to about 20 decimal places; if the current precision
10438 is greater than this, it will recompute @cpi{} using a series
10439 approximation.  This value will not need to be recomputed ever again
10440 unless you raise the precision still further.  Many operations such as
10441 logarithms and sines make use of similarly cached values such as
10442 @cpiover{4} and 
10443 @texline @math{\ln 2}.
10444 @infoline @expr{ln(2)}.  
10445 The visible effect of caching is that
10446 high-precision computations may seem to do extra work the first time.
10447 Other things cached include powers of two (for the binary arithmetic
10448 functions), matrix inverses and determinants, symbolic integrals, and
10449 data points computed by the graphing commands.
10451 @pindex calc-flush-caches
10452 If you suspect a Calculator cache has become corrupt, you can use the
10453 @code{calc-flush-caches} command to reset all caches to the empty state.
10454 (This should only be necessary in the event of bugs in the Calculator.)
10455 The @kbd{C-x * 0} (with the zero key) command also resets caches along
10456 with all other aspects of the Calculator's state.
10458 @node Debugging Calc,  , Caches, Troubleshooting Commands
10459 @subsection Debugging Calc
10461 @noindent
10462 A few commands exist to help in the debugging of Calc commands.
10463 @xref{Programming}, to see the various ways that you can write
10464 your own Calc commands.
10466 @kindex Z T
10467 @pindex calc-timing
10468 The @kbd{Z T} (@code{calc-timing}) command turns on and off a mode
10469 in which the timing of slow commands is reported in the Trail.
10470 Any Calc command that takes two seconds or longer writes a line
10471 to the Trail showing how many seconds it took.  This value is
10472 accurate only to within one second.
10474 All steps of executing a command are included; in particular, time
10475 taken to format the result for display in the stack and trail is
10476 counted.  Some prompts also count time taken waiting for them to
10477 be answered, while others do not; this depends on the exact
10478 implementation of the command.  For best results, if you are timing
10479 a sequence that includes prompts or multiple commands, define a
10480 keyboard macro to run the whole sequence at once.  Calc's @kbd{X}
10481 command (@pxref{Keyboard Macros}) will then report the time taken
10482 to execute the whole macro.
10484 Another advantage of the @kbd{X} command is that while it is
10485 executing, the stack and trail are not updated from step to step.
10486 So if you expect the output of your test sequence to leave a result
10487 that may take a long time to format and you don't wish to count
10488 this formatting time, end your sequence with a @key{DEL} keystroke
10489 to clear the result from the stack.  When you run the sequence with
10490 @kbd{X}, Calc will never bother to format the large result.
10492 Another thing @kbd{Z T} does is to increase the Emacs variable
10493 @code{gc-cons-threshold} to a much higher value (two million; the
10494 usual default in Calc is 250,000) for the duration of each command.
10495 This generally prevents garbage collection during the timing of
10496 the command, though it may cause your Emacs process to grow
10497 abnormally large.  (Garbage collection time is a major unpredictable
10498 factor in the timing of Emacs operations.)
10500 Another command that is useful when debugging your own Lisp
10501 extensions to Calc is @kbd{M-x calc-pass-errors}, which disables
10502 the error handler that changes the ``@code{max-lisp-eval-depth}
10503 exceeded'' message to the much more friendly ``Computation got
10504 stuck or ran too long.''  This handler interferes with the Emacs
10505 Lisp debugger's @code{debug-on-error} mode.  Errors are reported
10506 in the handler itself rather than at the true location of the
10507 error.  After you have executed @code{calc-pass-errors}, Lisp
10508 errors will be reported correctly but the user-friendly message
10509 will be lost.
10511 @node Data Types, Stack and Trail, Introduction, Top
10512 @chapter Data Types
10514 @noindent
10515 This chapter discusses the various types of objects that can be placed
10516 on the Calculator stack, how they are displayed, and how they are
10517 entered.  (@xref{Data Type Formats}, for information on how these data
10518 types are represented as underlying Lisp objects.)
10520 Integers, fractions, and floats are various ways of describing real
10521 numbers.  HMS forms also for many purposes act as real numbers.  These
10522 types can be combined to form complex numbers, modulo forms, error forms,
10523 or interval forms.  (But these last four types cannot be combined
10524 arbitrarily:@: error forms may not contain modulo forms, for example.)
10525 Finally, all these types of numbers may be combined into vectors,
10526 matrices, or algebraic formulas.
10528 @menu
10529 * Integers::                The most basic data type.
10530 * Fractions::               This and above are called @dfn{rationals}.
10531 * Floats::                  This and above are called @dfn{reals}.
10532 * Complex Numbers::         This and above are called @dfn{numbers}.
10533 * Infinities::
10534 * Vectors and Matrices::
10535 * Strings::
10536 * HMS Forms::
10537 * Date Forms::
10538 * Modulo Forms::
10539 * Error Forms::
10540 * Interval Forms::
10541 * Incomplete Objects::
10542 * Variables::
10543 * Formulas::
10544 @end menu
10546 @node Integers, Fractions, Data Types, Data Types
10547 @section Integers
10549 @noindent
10550 @cindex Integers
10551 The Calculator stores integers to arbitrary precision.  Addition,
10552 subtraction, and multiplication of integers always yields an exact
10553 integer result.  (If the result of a division or exponentiation of
10554 integers is not an integer, it is expressed in fractional or
10555 floating-point form according to the current Fraction mode.
10556 @xref{Fraction Mode}.)
10558 A decimal integer is represented as an optional sign followed by a
10559 sequence of digits.  Grouping (@pxref{Grouping Digits}) can be used to
10560 insert a comma at every third digit for display purposes, but you
10561 must not type commas during the entry of numbers.
10563 @kindex #
10564 A non-decimal integer is represented as an optional sign, a radix
10565 between 2 and 36, a @samp{#} symbol, and one or more digits.  For radix 11
10566 and above, the letters A through Z (upper- or lower-case) count as
10567 digits and do not terminate numeric entry mode.  @xref{Radix Modes}, for how
10568 to set the default radix for display of integers.  Numbers of any radix
10569 may be entered at any time.  If you press @kbd{#} at the beginning of a
10570 number, the current display radix is used.
10572 @node Fractions, Floats, Integers, Data Types
10573 @section Fractions
10575 @noindent
10576 @cindex Fractions
10577 A @dfn{fraction} is a ratio of two integers.  Fractions are traditionally
10578 written ``2/3'' but Calc uses the notation @samp{2:3}.  (The @kbd{/} key
10579 performs RPN division; the following two sequences push the number
10580 @samp{2:3} on the stack:  @kbd{2 :@: 3 @key{RET}}, or @kbd{2 @key{RET} 3 /}
10581 assuming Fraction mode has been enabled.)
10582 When the Calculator produces a fractional result it always reduces it to
10583 simplest form, which may in fact be an integer.
10585 Fractions may also be entered in a three-part form, where @samp{2:3:4}
10586 represents two-and-three-quarters.  @xref{Fraction Formats}, for fraction
10587 display formats.
10589 Non-decimal fractions are entered and displayed as
10590 @samp{@var{radix}#@var{num}:@var{denom}} (or in the analogous three-part
10591 form).  The numerator and denominator always use the same radix.
10593 @node Floats, Complex Numbers, Fractions, Data Types
10594 @section Floats
10596 @noindent
10597 @cindex Floating-point numbers
10598 A floating-point number or @dfn{float} is a number stored in scientific
10599 notation.  The number of significant digits in the fractional part is
10600 governed by the current floating precision (@pxref{Precision}).  The
10601 range of acceptable values is from 
10602 @texline @math{10^{-3999999}}
10603 @infoline @expr{10^-3999999} 
10604 (inclusive) to 
10605 @texline @math{10^{4000000}}
10606 @infoline @expr{10^4000000}
10607 (exclusive), plus the corresponding negative values and zero.
10609 Calculations that would exceed the allowable range of values (such
10610 as @samp{exp(exp(20))}) are left in symbolic form by Calc.  The
10611 messages ``floating-point overflow'' or ``floating-point underflow''
10612 indicate that during the calculation a number would have been produced
10613 that was too large or too close to zero, respectively, to be represented
10614 by Calc.  This does not necessarily mean the final result would have
10615 overflowed, just that an overflow occurred while computing the result.
10616 (In fact, it could report an underflow even though the final result
10617 would have overflowed!)
10619 If a rational number and a float are mixed in a calculation, the result
10620 will in general be expressed as a float.  Commands that require an integer
10621 value (such as @kbd{k g} [@code{gcd}]) will also accept integer-valued
10622 floats, i.e., floating-point numbers with nothing after the decimal point.
10624 Floats are identified by the presence of a decimal point and/or an
10625 exponent.  In general a float consists of an optional sign, digits
10626 including an optional decimal point, and an optional exponent consisting
10627 of an @samp{e}, an optional sign, and up to seven exponent digits.
10628 For example, @samp{23.5e-2} is 23.5 times ten to the minus-second power,
10629 or 0.235.
10631 Floating-point numbers are normally displayed in decimal notation with
10632 all significant figures shown.  Exceedingly large or small numbers are
10633 displayed in scientific notation.  Various other display options are
10634 available.  @xref{Float Formats}.
10636 @cindex Accuracy of calculations
10637 Floating-point numbers are stored in decimal, not binary.  The result
10638 of each operation is rounded to the nearest value representable in the
10639 number of significant digits specified by the current precision,
10640 rounding away from zero in the case of a tie.  Thus (in the default
10641 display mode) what you see is exactly what you get.  Some operations such
10642 as square roots and transcendental functions are performed with several
10643 digits of extra precision and then rounded down, in an effort to make the
10644 final result accurate to the full requested precision.  However,
10645 accuracy is not rigorously guaranteed.  If you suspect the validity of a
10646 result, try doing the same calculation in a higher precision.  The
10647 Calculator's arithmetic is not intended to be IEEE-conformant in any
10648 way.
10650 While floats are always @emph{stored} in decimal, they can be entered
10651 and displayed in any radix just like integers and fractions.  Since a
10652 float that is entered in a radix other that 10 will be converted to
10653 decimal, the number that Calc stores may not be exactly the number that
10654 was entered, it will be the closest decimal approximation given the
10655 current precison.  The notation @samp{@var{radix}#@var{ddd}.@var{ddd}}
10656 is a floating-point number whose digits are in the specified radix.
10657 Note that the @samp{.}  is more aptly referred to as a ``radix point''
10658 than as a decimal point in this case.  The number @samp{8#123.4567} is
10659 defined as @samp{8#1234567 * 8^-4}.  If the radix is 14 or less, you can
10660 use @samp{e} notation to write a non-decimal number in scientific
10661 notation.  The exponent is written in decimal, and is considered to be a
10662 power of the radix: @samp{8#1234567e-4}.  If the radix is 15 or above,
10663 the letter @samp{e} is a digit, so scientific notation must be written
10664 out, e.g., @samp{16#123.4567*16^2}.  The first two exercises of the
10665 Modes Tutorial explore some of the properties of non-decimal floats.
10667 @node Complex Numbers, Infinities, Floats, Data Types
10668 @section Complex Numbers
10670 @noindent
10671 @cindex Complex numbers
10672 There are two supported formats for complex numbers: rectangular and
10673 polar.  The default format is rectangular, displayed in the form
10674 @samp{(@var{real},@var{imag})} where @var{real} is the real part and
10675 @var{imag} is the imaginary part, each of which may be any real number.
10676 Rectangular complex numbers can also be displayed in @samp{@var{a}+@var{b}i}
10677 notation; @pxref{Complex Formats}.
10679 Polar complex numbers are displayed in the form 
10680 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'
10681 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'
10682 where @var{r} is the nonnegative magnitude and 
10683 @texline @math{\theta}
10684 @infoline @var{theta} 
10685 is the argument or phase angle.  The range of 
10686 @texline @math{\theta}
10687 @infoline @var{theta} 
10688 depends on the current angular mode (@pxref{Angular Modes}); it is
10689 generally between @mathit{-180} and @mathit{+180} degrees or the equivalent range
10690 in radians. 
10692 Complex numbers are entered in stages using incomplete objects.
10693 @xref{Incomplete Objects}.
10695 Operations on rectangular complex numbers yield rectangular complex
10696 results, and similarly for polar complex numbers.  Where the two types
10697 are mixed, or where new complex numbers arise (as for the square root of
10698 a negative real), the current @dfn{Polar mode} is used to determine the
10699 type.  @xref{Polar Mode}.
10701 A complex result in which the imaginary part is zero (or the phase angle
10702 is 0 or 180 degrees or @cpi{} radians) is automatically converted to a real
10703 number.
10705 @node Infinities, Vectors and Matrices, Complex Numbers, Data Types
10706 @section Infinities
10708 @noindent
10709 @cindex Infinity
10710 @cindex @code{inf} variable
10711 @cindex @code{uinf} variable
10712 @cindex @code{nan} variable
10713 @vindex inf
10714 @vindex uinf
10715 @vindex nan
10716 The word @code{inf} represents the mathematical concept of @dfn{infinity}.
10717 Calc actually has three slightly different infinity-like values:
10718 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan}.  These are just regular
10719 variable names (@pxref{Variables}); you should avoid using these
10720 names for your own variables because Calc gives them special
10721 treatment.  Infinities, like all variable names, are normally
10722 entered using algebraic entry.
10724 Mathematically speaking, it is not rigorously correct to treat
10725 ``infinity'' as if it were a number, but mathematicians often do
10726 so informally.  When they say that @samp{1 / inf = 0}, what they
10727 really mean is that @expr{1 / x}, as @expr{x} becomes larger and
10728 larger, becomes arbitrarily close to zero.  So you can imagine
10729 that if @expr{x} got ``all the way to infinity,'' then @expr{1 / x}
10730 would go all the way to zero.  Similarly, when they say that
10731 @samp{exp(inf) = inf}, they mean that 
10732 @texline @math{e^x}
10733 @infoline @expr{exp(x)} 
10734 grows without bound as @expr{x} grows.  The symbol @samp{-inf} likewise
10735 stands for an infinitely negative real value; for example, we say that
10736 @samp{exp(-inf) = 0}.  You can have an infinity pointing in any
10737 direction on the complex plane:  @samp{sqrt(-inf) = i inf}.
10739 The same concept of limits can be used to define @expr{1 / 0}.  We
10740 really want the value that @expr{1 / x} approaches as @expr{x}
10741 approaches zero.  But if all we have is @expr{1 / 0}, we can't
10742 tell which direction @expr{x} was coming from.  If @expr{x} was
10743 positive and decreasing toward zero, then we should say that
10744 @samp{1 / 0 = inf}.  But if @expr{x} was negative and increasing
10745 toward zero, the answer is @samp{1 / 0 = -inf}.  In fact, @expr{x}
10746 could be an imaginary number, giving the answer @samp{i inf} or
10747 @samp{-i inf}.  Calc uses the special symbol @samp{uinf} to mean
10748 @dfn{undirected infinity}, i.e., a value which is infinitely
10749 large but with an unknown sign (or direction on the complex plane).
10751 Calc actually has three modes that say how infinities are handled.
10752 Normally, infinities never arise from calculations that didn't
10753 already have them.  Thus, @expr{1 / 0} is treated simply as an
10754 error and left unevaluated.  The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode})
10755 command (@pxref{Infinite Mode}) enables a mode in which
10756 @expr{1 / 0} evaluates to @code{uinf} instead.  There is also
10757 an alternative type of infinite mode which says to treat zeros
10758 as if they were positive, so that @samp{1 / 0 = inf}.  While this
10759 is less mathematically correct, it may be the answer you want in
10760 some cases.
10762 Since all infinities are ``as large'' as all others, Calc simplifies,
10763 e.g., @samp{5 inf} to @samp{inf}.  Another example is
10764 @samp{5 - inf = -inf}, where the @samp{-inf} is so large that
10765 adding a finite number like five to it does not affect it.
10766 Note that @samp{a - inf} also results in @samp{-inf}; Calc assumes
10767 that variables like @code{a} always stand for finite quantities.
10768 Just to show that infinities really are all the same size,
10769 note that @samp{sqrt(inf) = inf^2 = exp(inf) = inf} in Calc's
10770 notation.
10772 It's not so easy to define certain formulas like @samp{0 * inf} and
10773 @samp{inf / inf}.  Depending on where these zeros and infinities
10774 came from, the answer could be literally anything.  The latter
10775 formula could be the limit of @expr{x / x} (giving a result of one),
10776 or @expr{2 x / x} (giving two), or @expr{x^2 / x} (giving @code{inf}),
10777 or @expr{x / x^2} (giving zero).  Calc uses the symbol @code{nan}
10778 to represent such an @dfn{indeterminate} value.  (The name ``nan''
10779 comes from analogy with the ``NAN'' concept of IEEE standard
10780 arithmetic; it stands for ``Not A Number.''  This is somewhat of a
10781 misnomer, since @code{nan} @emph{does} stand for some number or
10782 infinity, it's just that @emph{which} number it stands for
10783 cannot be determined.)  In Calc's notation, @samp{0 * inf = nan}
10784 and @samp{inf / inf = nan}.  A few other common indeterminate
10785 expressions are @samp{inf - inf} and @samp{inf ^ 0}.  Also,
10786 @samp{0 / 0 = nan} if you have turned on Infinite mode
10787 (as described above).
10789 Infinities are especially useful as parts of @dfn{intervals}.
10790 @xref{Interval Forms}.
10792 @node Vectors and Matrices, Strings, Infinities, Data Types
10793 @section Vectors and Matrices
10795 @noindent
10796 @cindex Vectors
10797 @cindex Plain vectors
10798 @cindex Matrices
10799 The @dfn{vector} data type is flexible and general.  A vector is simply a
10800 list of zero or more data objects.  When these objects are numbers, the
10801 whole is a vector in the mathematical sense.  When these objects are
10802 themselves vectors of equal (nonzero) length, the whole is a @dfn{matrix}.
10803 A vector which is not a matrix is referred to here as a @dfn{plain vector}.
10805 A vector is displayed as a list of values separated by commas and enclosed
10806 in square brackets:  @samp{[1, 2, 3]}.  Thus the following is a 2 row by
10807 3 column matrix:  @samp{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.  Vectors, like complex
10808 numbers, are entered as incomplete objects.  @xref{Incomplete Objects}.
10809 During algebraic entry, vectors are entered all at once in the usual
10810 brackets-and-commas form.  Matrices may be entered algebraically as nested
10811 vectors, or using the shortcut notation @w{@samp{[1, 2, 3; 4, 5, 6]}},
10812 with rows separated by semicolons.  The commas may usually be omitted
10813 when entering vectors:  @samp{[1 2 3]}.  Curly braces may be used in
10814 place of brackets: @samp{@{1, 2, 3@}}, but the commas are required in
10815 this case.
10817 Traditional vector and matrix arithmetic is also supported;
10818 @pxref{Basic Arithmetic} and @pxref{Matrix Functions}.
10819 Many other operations are applied to vectors element-wise.  For example,
10820 the complex conjugate of a vector is a vector of the complex conjugates
10821 of its elements.
10823 @ignore
10824 @starindex
10825 @end ignore
10826 @tindex vec
10827 Algebraic functions for building vectors include @samp{vec(a, b, c)}
10828 to build @samp{[a, b, c]}, @samp{cvec(a, n, m)} to build an 
10829 @texline @math{n\times m}
10830 @infoline @var{n}x@var{m}
10831 matrix of @samp{a}s, and @samp{index(n)} to build a vector of integers
10832 from 1 to @samp{n}.
10834 @node Strings, HMS Forms, Vectors and Matrices, Data Types
10835 @section Strings
10837 @noindent
10838 @kindex "
10839 @cindex Strings
10840 @cindex Character strings
10841 Character strings are not a special data type in the Calculator.
10842 Rather, a string is represented simply as a vector all of whose
10843 elements are integers in the range 0 to 255 (ASCII codes).  You can
10844 enter a string at any time by pressing the @kbd{"} key.  Quotation
10845 marks and backslashes are written @samp{\"} and @samp{\\}, respectively,
10846 inside strings.  Other notations introduced by backslashes are:
10848 @example
10849 @group
10850 \a     7          \^@@    0
10851 \b     8          \^a-z  1-26
10852 \e     27         \^[    27
10853 \f     12         \^\\   28
10854 \n     10         \^]    29
10855 \r     13         \^^    30
10856 \t     9          \^_    31
10857                   \^?    127
10858 @end group
10859 @end example
10861 @noindent
10862 Finally, a backslash followed by three octal digits produces any
10863 character from its ASCII code.
10865 @kindex d "
10866 @pindex calc-display-strings
10867 Strings are normally displayed in vector-of-integers form.  The
10868 @w{@kbd{d "}} (@code{calc-display-strings}) command toggles a mode in
10869 which any vectors of small integers are displayed as quoted strings
10870 instead.
10872 The backslash notations shown above are also used for displaying
10873 strings.  Characters 128 and above are not translated by Calc; unless
10874 you have an Emacs modified for 8-bit fonts, these will show up in
10875 backslash-octal-digits notation.  For characters below 32, and
10876 for character 127, Calc uses the backslash-letter combination if
10877 there is one, or otherwise uses a @samp{\^} sequence.
10879 The only Calc feature that uses strings is @dfn{compositions};
10880 @pxref{Compositions}.  Strings also provide a convenient
10881 way to do conversions between ASCII characters and integers.
10883 @ignore
10884 @starindex
10885 @end ignore
10886 @tindex string
10887 There is a @code{string} function which provides a different display
10888 format for strings.  Basically, @samp{string(@var{s})}, where @var{s}
10889 is a vector of integers in the proper range, is displayed as the
10890 corresponding string of characters with no surrounding quotation
10891 marks or other modifications.  Thus @samp{string("ABC")} (or
10892 @samp{string([65 66 67])}) will look like @samp{ABC} on the stack.
10893 This happens regardless of whether @w{@kbd{d "}} has been used.  The
10894 only way to turn it off is to use @kbd{d U} (unformatted language
10895 mode) which will display @samp{string("ABC")} instead.
10897 Control characters are displayed somewhat differently by @code{string}.
10898 Characters below 32, and character 127, are shown using @samp{^} notation
10899 (same as shown above, but without the backslash).  The quote and
10900 backslash characters are left alone, as are characters 128 and above.
10902 @ignore
10903 @starindex
10904 @end ignore
10905 @tindex bstring
10906 The @code{bstring} function is just like @code{string} except that
10907 the resulting string is breakable across multiple lines if it doesn't
10908 fit all on one line.  Potential break points occur at every space
10909 character in the string.
10911 @node HMS Forms, Date Forms, Strings, Data Types
10912 @section HMS Forms
10914 @noindent
10915 @cindex Hours-minutes-seconds forms
10916 @cindex Degrees-minutes-seconds forms
10917 @dfn{HMS} stands for Hours-Minutes-Seconds; when used as an angular
10918 argument, the interpretation is Degrees-Minutes-Seconds.  All functions
10919 that operate on angles accept HMS forms.  These are interpreted as
10920 degrees regardless of the current angular mode.  It is also possible to
10921 use HMS as the angular mode so that calculated angles are expressed in
10922 degrees, minutes, and seconds.
10924 @kindex @@
10925 @ignore
10926 @mindex @null
10927 @end ignore
10928 @kindex ' (HMS forms)
10929 @ignore
10930 @mindex @null
10931 @end ignore
10932 @kindex " (HMS forms)
10933 @ignore
10934 @mindex @null
10935 @end ignore
10936 @kindex h (HMS forms)
10937 @ignore
10938 @mindex @null
10939 @end ignore
10940 @kindex o (HMS forms)
10941 @ignore
10942 @mindex @null
10943 @end ignore
10944 @kindex m (HMS forms)
10945 @ignore
10946 @mindex @null
10947 @end ignore
10948 @kindex s (HMS forms)
10949 The default format for HMS values is
10950 @samp{@var{hours}@@ @var{mins}' @var{secs}"}.  During entry, the letters
10951 @samp{h} (for ``hours'') or
10952 @samp{o} (approximating the ``degrees'' symbol) are accepted as well as
10953 @samp{@@}, @samp{m} is accepted in place of @samp{'}, and @samp{s} is
10954 accepted in place of @samp{"}.
10955 The @var{hours} value is an integer (or integer-valued float).
10956 The @var{mins} value is an integer or integer-valued float between 0 and 59.
10957 The @var{secs} value is a real number between 0 (inclusive) and 60
10958 (exclusive).  A positive HMS form is interpreted as @var{hours} +
10959 @var{mins}/60 + @var{secs}/3600.  A negative HMS form is interpreted
10960 as @mathit{- @var{hours}} @mathit{-} @var{mins}/60 @mathit{-} @var{secs}/3600.
10961 Display format for HMS forms is quite flexible.  @xref{HMS Formats}.
10963 HMS forms can be added and subtracted.  When they are added to numbers,
10964 the numbers are interpreted according to the current angular mode.  HMS
10965 forms can also be multiplied and divided by real numbers.  Dividing
10966 two HMS forms produces a real-valued ratio of the two angles.
10968 @pindex calc-time
10969 @cindex Time of day
10970 Just for kicks, @kbd{M-x calc-time} pushes the current time of day on
10971 the stack as an HMS form.
10973 @node Date Forms, Modulo Forms, HMS Forms, Data Types
10974 @section Date Forms
10976 @noindent
10977 @cindex Date forms
10978 A @dfn{date form} represents a date and possibly an associated time.
10979 Simple date arithmetic is supported:  Adding a number to a date
10980 produces a new date shifted by that many days; adding an HMS form to
10981 a date shifts it by that many hours.  Subtracting two date forms
10982 computes the number of days between them (represented as a simple
10983 number).  Many other operations, such as multiplying two date forms,
10984 are nonsensical and are not allowed by Calc.
10986 Date forms are entered and displayed enclosed in @samp{< >} brackets.
10987 The default format is, e.g., @samp{<Wed Jan 9, 1991>} for dates,
10988 or @samp{<3:32:20pm Wed Jan 9, 1991>} for dates with times.
10989 Input is flexible; date forms can be entered in any of the usual
10990 notations for dates and times.  @xref{Date Formats}.
10992 Date forms are stored internally as numbers, specifically the number
10993 of days since midnight on the morning of January 1 of the year 1 AD.
10994 If the internal number is an integer, the form represents a date only;
10995 if the internal number is a fraction or float, the form represents
10996 a date and time.  For example, @samp{<6:00am Wed Jan 9, 1991>}
10997 is represented by the number 726842.25.  The standard precision of
10998 12 decimal digits is enough to ensure that a (reasonable) date and
10999 time can be stored without roundoff error.
11001 If the current precision is greater than 12, date forms will keep
11002 additional digits in the seconds position.  For example, if the
11003 precision is 15, the seconds will keep three digits after the
11004 decimal point.  Decreasing the precision below 12 may cause the
11005 time part of a date form to become inaccurate.  This can also happen
11006 if astronomically high years are used, though this will not be an
11007 issue in everyday (or even everymillennium) use.  Note that date
11008 forms without times are stored as exact integers, so roundoff is
11009 never an issue for them.
11011 You can use the @kbd{v p} (@code{calc-pack}) and @kbd{v u}
11012 (@code{calc-unpack}) commands to get at the numerical representation
11013 of a date form.  @xref{Packing and Unpacking}.
11015 Date forms can go arbitrarily far into the future or past.  Negative
11016 year numbers represent years BC.  Calc uses a combination of the
11017 Gregorian and Julian calendars, following the history of Great
11018 Britain and the British colonies.  This is the same calendar that
11019 is used by the @code{cal} program in most Unix implementations.
11021 @cindex Julian calendar
11022 @cindex Gregorian calendar
11023 Some historical background:  The Julian calendar was created by
11024 Julius Caesar in the year 46 BC as an attempt to fix the gradual
11025 drift caused by the lack of leap years in the calendar used
11026 until that time.  The Julian calendar introduced an extra day in
11027 all years divisible by four.  After some initial confusion, the
11028 calendar was adopted around the year we call 8 AD.  Some centuries
11029 later it became apparent that the Julian year of 365.25 days was
11030 itself not quite right.  In 1582 Pope Gregory XIII introduced the
11031 Gregorian calendar, which added the new rule that years divisible
11032 by 100, but not by 400, were not to be considered leap years
11033 despite being divisible by four.  Many countries delayed adoption
11034 of the Gregorian calendar because of religious differences;
11035 in Britain it was put off until the year 1752, by which time
11036 the Julian calendar had fallen eleven days behind the true
11037 seasons.  So the switch to the Gregorian calendar in early
11038 September 1752 introduced a discontinuity:  The day after
11039 Sep 2, 1752 is Sep 14, 1752.  Calc follows this convention.
11040 To take another example, Russia waited until 1918 before
11041 adopting the new calendar, and thus needed to remove thirteen
11042 days (between Feb 1, 1918 and Feb 14, 1918).  This means that
11043 Calc's reckoning will be inconsistent with Russian history between
11044 1752 and 1918, and similarly for various other countries.
11046 Today's timekeepers introduce an occasional ``leap second'' as
11047 well, but Calc does not take these minor effects into account.
11048 (If it did, it would have to report a non-integer number of days
11049 between, say, @samp{<12:00am Mon Jan 1, 1900>} and
11050 @samp{<12:00am Sat Jan 1, 2000>}.)
11052 Calc uses the Julian calendar for all dates before the year 1752,
11053 including dates BC when the Julian calendar technically had not
11054 yet been invented.  Thus the claim that day number @mathit{-10000} is
11055 called ``August 16, 28 BC'' should be taken with a grain of salt.
11057 Please note that there is no ``year 0''; the day before
11058 @samp{<Sat Jan 1, +1>} is @samp{<Fri Dec 31, -1>}.  These are
11059 days 0 and @mathit{-1} respectively in Calc's internal numbering scheme.
11061 @cindex Julian day counting
11062 Another day counting system in common use is, confusingly, also called
11063 ``Julian.''  The Julian day number is the numbers of days since 
11064 12:00 noon (GMT) on Jan 1, 4713 BC, which in Calc's scheme (in GMT) 
11065 is @mathit{-1721423.5} (recall that Calc starts at midnight instead
11066 of noon).  Thus to convert a Calc date code obtained by unpacking a
11067 date form into a Julian day number, simply add 1721423.5 after
11068 compensating for the time zone difference.  The built-in @kbd{t J}
11069 command performs this conversion for you.
11071 The Julian day number is based on the Julian cycle, which was invented 
11072 in 1583 by Joseph Justus Scaliger.  Scaliger named it the Julian cycle
11073 since it is involves the Julian calendar, but some have suggested that
11074 Scaliger named it in honor of his father, Julius Caesar Scaliger.  The
11075 Julian cycle is based it on three other cycles: the indiction cycle,
11076 the Metonic cycle, and the solar cycle.  The indiction cycle is a 15
11077 year cycle originally used by the Romans for tax purposes but later
11078 used to date medieval documents.  The Metonic cycle is a 19 year
11079 cycle; 19 years is close to being a common multiple of a solar year
11080 and a lunar month, and so every 19 years the phases of the moon will
11081 occur on the same days of the year.  The solar cycle is a 28 year
11082 cycle; the Julian calendar repeats itself every 28 years.  The
11083 smallest time period which contains multiples of all three cycles is
11084 the least common multiple of 15 years, 19 years and 28 years, which
11085 (since they're pairwise relatively prime) is 
11086 @texline @math{15\times 19\times 28 = 7980} years.
11087 @infoline 15*19*28 = 7980 years.
11088 This is the length of a Julian cycle.  Working backwards, the previous
11089 year in which all three cycles began was 4713 BC, and so Scalinger
11090 chose that year as the beginning of a Julian cycle.  Since at the time
11091 there were no historical records from before 4713 BC, using this year
11092 as a starting point had the advantage of avoiding negative year
11093 numbers.  In 1849, the astronomer John Herschel (son of William
11094 Herschel) suggested using the number of days since the beginning of
11095 the Julian cycle as an astronomical dating system; this idea was taken
11096 up by other astronomers.  (At the time, noon was the start of the
11097 astronomical day.  Herschel originally suggested counting the days
11098 since Jan 1, 4713 BC at noon Alexandria time; this was later amended to
11099 noon GMT.)  Julian day numbering is largely used in astronomy.
11101 @cindex Unix time format
11102 The Unix operating system measures time as an integer number of
11103 seconds since midnight, Jan 1, 1970.  To convert a Calc date
11104 value into a Unix time stamp, first subtract 719164 (the code
11105 for @samp{<Jan 1, 1970>}), then multiply by 86400 (the number of
11106 seconds in a day) and press @kbd{R} to round to the nearest
11107 integer.  If you have a date form, you can simply subtract the
11108 day @samp{<Jan 1, 1970>} instead of unpacking and subtracting
11109 719164.  Likewise, divide by 86400 and add @samp{<Jan 1, 1970>}
11110 to convert from Unix time to a Calc date form.  (Note that
11111 Unix normally maintains the time in the GMT time zone; you may
11112 need to subtract five hours to get New York time, or eight hours
11113 for California time.  The same is usually true of Julian day
11114 counts.)  The built-in @kbd{t U} command performs these
11115 conversions.
11117 @node Modulo Forms, Error Forms, Date Forms, Data Types
11118 @section Modulo Forms
11120 @noindent
11121 @cindex Modulo forms
11122 A @dfn{modulo form} is a real number which is taken modulo (i.e., within
11123 an integer multiple of) some value @var{M}.  Arithmetic modulo @var{M}
11124 often arises in number theory.  Modulo forms are written
11125 `@var{a} @tfn{mod} @var{M}',
11126 where @var{a} and @var{M} are real numbers or HMS forms, and
11127 @texline @math{0 \le a < M}.
11128 @infoline @expr{0 <= a < @var{M}}.
11129 In many applications @expr{a} and @expr{M} will be
11130 integers but this is not required.
11132 @ignore
11133 @mindex M
11134 @end ignore
11135 @kindex M (modulo forms)
11136 @ignore
11137 @mindex mod
11138 @end ignore
11139 @tindex mod (operator)
11140 To create a modulo form during numeric entry, press the shift-@kbd{M}
11141 key to enter the word @samp{mod}.  As a special convenience, pressing
11142 shift-@kbd{M} a second time automatically enters the value of @expr{M}
11143 that was most recently used before.  During algebraic entry, either
11144 type @samp{mod} by hand or press @kbd{M-m} (that's @kbd{@key{META}-m}).
11145 Once again, pressing this a second time enters the current modulo.
11147 Modulo forms are not to be confused with the modulo operator @samp{%}.
11148 The expression @samp{27 % 10} means to compute 27 modulo 10 to produce
11149 the result 7.  Further computations treat this 7 as just a regular integer.
11150 The expression @samp{27 mod 10} produces the result @samp{7 mod 10};
11151 further computations with this value are again reduced modulo 10 so that
11152 the result always lies in the desired range.
11154 When two modulo forms with identical @expr{M}'s are added or multiplied,
11155 the Calculator simply adds or multiplies the values, then reduces modulo
11156 @expr{M}.  If one argument is a modulo form and the other a plain number,
11157 the plain number is treated like a compatible modulo form.  It is also
11158 possible to raise modulo forms to powers; the result is the value raised
11159 to the power, then reduced modulo @expr{M}.  (When all values involved
11160 are integers, this calculation is done much more efficiently than
11161 actually computing the power and then reducing.)
11163 @cindex Modulo division
11164 Two modulo forms `@var{a} @tfn{mod} @var{M}' and `@var{b} @tfn{mod} @var{M}'
11165 can be divided if @expr{a}, @expr{b}, and @expr{M} are all
11166 integers.  The result is the modulo form which, when multiplied by
11167 `@var{b} @tfn{mod} @var{M}', produces `@var{a} @tfn{mod} @var{M}'.  If
11168 there is no solution to this equation (which can happen only when
11169 @expr{M} is non-prime), or if any of the arguments are non-integers, the
11170 division is left in symbolic form.  Other operations, such as square
11171 roots, are not yet supported for modulo forms.  (Note that, although
11172 @w{`@tfn{(}@var{a} @tfn{mod} @var{M}@tfn{)^.5}'} will compute a ``modulo square root''
11173 in the sense of reducing 
11174 @texline @math{\sqrt a}
11175 @infoline @expr{sqrt(a)} 
11176 modulo @expr{M}, this is not a useful definition from the
11177 number-theoretical point of view.)
11179 It is possible to mix HMS forms and modulo forms.  For example, an
11180 HMS form modulo 24 could be used to manipulate clock times; an HMS
11181 form modulo 360 would be suitable for angles.  Making the modulo @expr{M}
11182 also be an HMS form eliminates troubles that would arise if the angular
11183 mode were inadvertently set to Radians, in which case
11184 @w{@samp{2@@ 0' 0" mod 24}} would be interpreted as two degrees modulo
11185 24 radians!
11187 Modulo forms cannot have variables or formulas for components.  If you
11188 enter the formula @samp{(x + 2) mod 5}, Calc propagates the modulus
11189 to each of the coefficients:  @samp{(1 mod 5) x + (2 mod 5)}.
11191 You can use @kbd{v p} and @kbd{%} to modify modulo forms.
11192 @xref{Packing and Unpacking}.  @xref{Basic Arithmetic}.
11194 @ignore
11195 @starindex
11196 @end ignore
11197 @tindex makemod
11198 The algebraic function @samp{makemod(a, m)} builds the modulo form
11199 @w{@samp{a mod m}}.
11201 @node Error Forms, Interval Forms, Modulo Forms, Data Types
11202 @section Error Forms
11204 @noindent
11205 @cindex Error forms
11206 @cindex Standard deviations
11207 An @dfn{error form} is a number with an associated standard
11208 deviation, as in @samp{2.3 +/- 0.12}.  The notation
11209 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11210 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} sigma' 
11211 stands for an uncertain value which follows
11212 a normal or Gaussian distribution of mean @expr{x} and standard
11213 deviation or ``error'' 
11214 @texline @math{\sigma}.
11215 @infoline @expr{sigma}.
11216 Both the mean and the error can be either numbers or
11217 formulas.  Generally these are real numbers but the mean may also be
11218 complex.  If the error is negative or complex, it is changed to its
11219 absolute value.  An error form with zero error is converted to a
11220 regular number by the Calculator.
11222 All arithmetic and transcendental functions accept error forms as input.
11223 Operations on the mean-value part work just like operations on regular
11224 numbers.  The error part for any function @expr{f(x)} (such as 
11225 @texline @math{\sin x}
11226 @infoline @expr{sin(x)})
11227 is defined by the error of @expr{x} times the derivative of @expr{f}
11228 evaluated at the mean value of @expr{x}.  For a two-argument function
11229 @expr{f(x,y)} (such as addition) the error is the square root of the sum
11230 of the squares of the errors due to @expr{x} and @expr{y}.
11231 @tex
11232 $$ \eqalign{
11233   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma)
11234     &= f(x) \hbox{\code{ +/- }} \sigma \left| {df(x) \over dx} \right| \cr
11235   f(x \hbox{\code{ +/- }} \sigma_x, y \hbox{\code{ +/- }} \sigma_y)
11236     &= f(x,y) \hbox{\code{ +/- }}
11237         \sqrt{\left(\sigma_x \left| {\partial f(x,y) \over \partial x}
11238                              \right| \right)^2
11239              +\left(\sigma_y \left| {\partial f(x,y) \over \partial y}
11240                              \right| \right)^2 } \cr
11241 } $$
11242 @end tex
11243 Note that this
11244 definition assumes the errors in @expr{x} and @expr{y} are uncorrelated.
11245 A side effect of this definition is that @samp{(2 +/- 1) * (2 +/- 1)}
11246 is not the same as @samp{(2 +/- 1)^2}; the former represents the product
11247 of two independent values which happen to have the same probability
11248 distributions, and the latter is the product of one random value with itself.
11249 The former will produce an answer with less error, since on the average
11250 the two independent errors can be expected to cancel out.
11252 Consult a good text on error analysis for a discussion of the proper use
11253 of standard deviations.  Actual errors often are neither Gaussian-distributed
11254 nor uncorrelated, and the above formulas are valid only when errors
11255 are small.  As an example, the error arising from
11256 @texline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}@tfn{)}' 
11257 @infoline `@tfn{sin(}@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}@tfn{)}' 
11258 is 
11259 @texline `@math{\sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11260 @infoline `@var{sigma} @tfn{abs(cos(}@var{x}@tfn{))}'.  
11261 When @expr{x} is close to zero,
11262 @texline @math{\cos x}
11263 @infoline @expr{cos(x)} 
11264 is close to one so the error in the sine is close to 
11265 @texline @math{\sigma};
11266 @infoline @expr{sigma};
11267 this makes sense, since 
11268 @texline @math{\sin x}
11269 @infoline @expr{sin(x)} 
11270 is approximately @expr{x} near zero, so a given error in @expr{x} will
11271 produce about the same error in the sine.  Likewise, near 90 degrees
11272 @texline @math{\cos x}
11273 @infoline @expr{cos(x)} 
11274 is nearly zero and so the computed error is
11275 small:  The sine curve is nearly flat in that region, so an error in @expr{x}
11276 has relatively little effect on the value of 
11277 @texline @math{\sin x}.
11278 @infoline @expr{sin(x)}.  
11279 However, consider @samp{sin(90 +/- 1000)}.  The cosine of 90 is zero, so
11280 Calc will report zero error!  We get an obviously wrong result because
11281 we have violated the small-error approximation underlying the error
11282 analysis.  If the error in @expr{x} had been small, the error in
11283 @texline @math{\sin x}
11284 @infoline @expr{sin(x)} 
11285 would indeed have been negligible.
11287 @ignore
11288 @mindex p
11289 @end ignore
11290 @kindex p (error forms)
11291 @tindex +/-
11292 To enter an error form during regular numeric entry, use the @kbd{p}
11293 (``plus-or-minus'') key to type the @samp{+/-} symbol.  (If you try actually
11294 typing @samp{+/-} the @kbd{+} key will be interpreted as the Calculator's
11295 @kbd{+} command!)  Within an algebraic formula, you can press @kbd{M-+} to
11296 type the @samp{+/-} symbol, or type it out by hand.
11298 Error forms and complex numbers can be mixed; the formulas shown above
11299 are used for complex numbers, too; note that if the error part evaluates
11300 to a complex number its absolute value (or the square root of the sum of
11301 the squares of the absolute values of the two error contributions) is
11302 used.  Mathematically, this corresponds to a radially symmetric Gaussian
11303 distribution of numbers on the complex plane.  However, note that Calc
11304 considers an error form with real components to represent a real number,
11305 not a complex distribution around a real mean.
11307 Error forms may also be composed of HMS forms.  For best results, both
11308 the mean and the error should be HMS forms if either one is.
11310 @ignore
11311 @starindex
11312 @end ignore
11313 @tindex sdev
11314 The algebraic function @samp{sdev(a, b)} builds the error form @samp{a +/- b}.
11316 @node Interval Forms, Incomplete Objects, Error Forms, Data Types
11317 @section Interval Forms
11319 @noindent
11320 @cindex Interval forms
11321 An @dfn{interval} is a subset of consecutive real numbers.  For example,
11322 the interval @samp{[2 ..@: 4]} represents all the numbers from 2 to 4,
11323 inclusive.  If you multiply it by the interval @samp{[0.5 ..@: 2]} you
11324 obtain @samp{[1 ..@: 8]}.  This calculation represents the fact that if
11325 you multiply some number in the range @samp{[2 ..@: 4]} by some other
11326 number in the range @samp{[0.5 ..@: 2]}, your result will lie in the range
11327 from 1 to 8.  Interval arithmetic is used to get a worst-case estimate
11328 of the possible range of values a computation will produce, given the
11329 set of possible values of the input.
11331 @ifnottex
11332 Calc supports several varieties of intervals, including @dfn{closed}
11333 intervals of the type shown above, @dfn{open} intervals such as
11334 @samp{(2 ..@: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11335 @emph{exclusive}, and @dfn{semi-open} intervals in which one end
11336 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11337 terms,
11338 @samp{[2 ..@: 4]} means @expr{2 <= x <= 4}, whereas
11339 @samp{[2 ..@: 4)} represents @expr{2 <= x < 4},
11340 @samp{(2 ..@: 4]} represents @expr{2 < x <= 4}, and
11341 @samp{(2 ..@: 4)} represents @expr{2 < x < 4}.
11342 @end ifnottex
11343 @tex
11344 Calc supports several varieties of intervals, including \dfn{closed}
11345 intervals of the type shown above, \dfn{open} intervals such as
11346 \samp{(2 ..\: 4)}, which represents the range of numbers from 2 to 4
11347 \emph{exclusive}, and \dfn{semi-open} intervals in which one end
11348 uses a round parenthesis and the other a square bracket.  In mathematical
11349 terms,
11350 $$ \eqalign{
11351    [2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x \le 4  \cr
11352    [2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2 \le x  <  4  \cr
11353    (2 \hbox{\cite{..}} 4]  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x \le 4  \cr
11354    (2 \hbox{\cite{..}} 4)  &\quad\hbox{means}\quad  2  <  x  <  4  \cr
11355 } $$
11356 @end tex
11358 The lower and upper limits of an interval must be either real numbers
11359 (or HMS or date forms), or symbolic expressions which are assumed to be
11360 real-valued, or @samp{-inf} and @samp{inf}.  In general the lower limit
11361 must be less than the upper limit.  A closed interval containing only
11362 one value, @samp{[3 ..@: 3]}, is converted to a plain number (3)
11363 automatically.  An interval containing no values at all (such as
11364 @samp{[3 ..@: 2]} or @samp{[2 ..@: 2)}) can be represented but is not
11365 guaranteed to behave well when used in arithmetic.  Note that the
11366 interval @samp{[3 .. inf)} represents all real numbers greater than
11367 or equal to 3, and @samp{(-inf .. inf)} represents all real numbers.
11368 In fact, @samp{[-inf .. inf]} represents all real numbers including
11369 the real infinities.
11371 Intervals are entered in the notation shown here, either as algebraic
11372 formulas, or using incomplete forms.  (@xref{Incomplete Objects}.)
11373 In algebraic formulas, multiple periods in a row are collected from
11374 left to right, so that @samp{1...1e2} is interpreted as @samp{1.0 ..@: 1e2}
11375 rather than @samp{1 ..@: 0.1e2}.  Add spaces or zeros if you want to
11376 get the other interpretation.  If you omit the lower or upper limit,
11377 a default of @samp{-inf} or @samp{inf} (respectively) is furnished.
11379 Infinite mode also affects operations on intervals
11380 (@pxref{Infinities}).  Calc will always introduce an open infinity,
11381 as in @samp{1 / (0 .. 2] = [0.5 .. inf)}.  But closed infinities,
11382 @w{@samp{1 / [0 .. 2] = [0.5 .. inf]}}, arise only in Infinite mode;
11383 otherwise they are left unevaluated.  Note that the ``direction'' of
11384 a zero is not an issue in this case since the zero is always assumed
11385 to be continuous with the rest of the interval.  For intervals that
11386 contain zero inside them Calc is forced to give the result,
11387 @samp{1 / (-2 .. 2) = [-inf .. inf]}.
11389 While it may seem that intervals and error forms are similar, they are
11390 based on entirely different concepts of inexact quantities.  An error
11391 form 
11392 @texline `@var{x} @tfn{+/-} @math{\sigma}' 
11393 @infoline `@var{x} @tfn{+/-} @var{sigma}' 
11394 means a variable is random, and its value could
11395 be anything but is ``probably'' within one 
11396 @texline @math{\sigma} 
11397 @infoline @var{sigma} 
11398 of the mean value @expr{x}. An interval 
11399 `@tfn{[}@var{a} @tfn{..@:} @var{b}@tfn{]}' means a
11400 variable's value is unknown, but guaranteed to lie in the specified
11401 range.  Error forms are statistical or ``average case'' approximations;
11402 interval arithmetic tends to produce ``worst case'' bounds on an
11403 answer.
11405 Intervals may not contain complex numbers, but they may contain
11406 HMS forms or date forms.
11408 @xref{Set Operations}, for commands that interpret interval forms
11409 as subsets of the set of real numbers.
11411 @ignore
11412 @starindex
11413 @end ignore
11414 @tindex intv
11415 The algebraic function @samp{intv(n, a, b)} builds an interval form
11416 from @samp{a} to @samp{b}; @samp{n} is an integer code which must
11417 be 0 for @samp{(..)}, 1 for @samp{(..]}, 2 for @samp{[..)}, or
11418 3 for @samp{[..]}.
11420 Please note that in fully rigorous interval arithmetic, care would be
11421 taken to make sure that the computation of the lower bound rounds toward
11422 minus infinity, while upper bound computations round toward plus
11423 infinity.  Calc's arithmetic always uses a round-to-nearest mode,
11424 which means that roundoff errors could creep into an interval
11425 calculation to produce intervals slightly smaller than they ought to
11426 be.  For example, entering @samp{[1..2]} and pressing @kbd{Q 2 ^}
11427 should yield the interval @samp{[1..2]} again, but in fact it yields the
11428 (slightly too small) interval @samp{[1..1.9999999]} due to roundoff
11429 error.
11431 @node Incomplete Objects, Variables, Interval Forms, Data Types
11432 @section Incomplete Objects
11434 @noindent
11435 @ignore
11436 @mindex [ ]
11437 @end ignore
11438 @kindex [
11439 @ignore
11440 @mindex ( )
11441 @end ignore
11442 @kindex (
11443 @kindex ,
11444 @ignore
11445 @mindex @null
11446 @end ignore
11447 @kindex ]
11448 @ignore
11449 @mindex @null
11450 @end ignore
11451 @kindex )
11452 @cindex Incomplete vectors
11453 @cindex Incomplete complex numbers
11454 @cindex Incomplete interval forms
11455 When @kbd{(} or @kbd{[} is typed to begin entering a complex number or
11456 vector, respectively, the effect is to push an @dfn{incomplete} complex
11457 number or vector onto the stack.  The @kbd{,} key adds the value(s) at
11458 the top of the stack onto the current incomplete object.  The @kbd{)}
11459 and @kbd{]} keys ``close'' the incomplete object after adding any values
11460 on the top of the stack in front of the incomplete object.
11462 As a result, the sequence of keystrokes @kbd{[ 2 , 3 @key{RET} 2 * , 9 ]}
11463 pushes the vector @samp{[2, 6, 9]} onto the stack.  Likewise, @kbd{( 1 , 2 Q )}
11464 pushes the complex number @samp{(1, 1.414)} (approximately).
11466 If several values lie on the stack in front of the incomplete object,
11467 all are collected and appended to the object.  Thus the @kbd{,} key
11468 is redundant:  @kbd{[ 2 @key{RET} 3 @key{RET} 2 * 9 ]}.  Some people
11469 prefer the equivalent @key{SPC} key to @key{RET}.
11471 As a special case, typing @kbd{,} immediately after @kbd{(}, @kbd{[}, or
11472 @kbd{,} adds a zero or duplicates the preceding value in the list being
11473 formed.  Typing @key{DEL} during incomplete entry removes the last item
11474 from the list.
11476 @kindex ;
11477 The @kbd{;} key is used in the same way as @kbd{,} to create polar complex
11478 numbers:  @kbd{( 1 ; 2 )}.  When entering a vector, @kbd{;} is useful for
11479 creating a matrix.  In particular, @kbd{[ [ 1 , 2 ; 3 , 4 ; 5 , 6 ] ]} is
11480 equivalent to @kbd{[ [ 1 , 2 ] , [ 3 , 4 ] , [ 5 , 6 ] ]}.
11482 @kindex ..
11483 @pindex calc-dots
11484 Incomplete entry is also used to enter intervals.  For example,
11485 @kbd{[ 2 ..@: 4 )} enters a semi-open interval.  Note that when you type
11486 the first period, it will be interpreted as a decimal point, but when
11487 you type a second period immediately afterward, it is re-interpreted as
11488 part of the interval symbol.  Typing @kbd{..} corresponds to executing
11489 the @code{calc-dots} command.
11491 If you find incomplete entry distracting, you may wish to enter vectors
11492 and complex numbers as algebraic formulas by pressing the apostrophe key.
11494 @node Variables, Formulas, Incomplete Objects, Data Types
11495 @section Variables
11497 @noindent
11498 @cindex Variables, in formulas
11499 A @dfn{variable} is somewhere between a storage register on a conventional
11500 calculator, and a variable in a programming language.  (In fact, a Calc
11501 variable is really just an Emacs Lisp variable that contains a Calc number
11502 or formula.)  A variable's name is normally composed of letters and digits.
11503 Calc also allows apostrophes and @code{#} signs in variable names.
11504 (The Calc variable @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp variable
11505 @code{var-foo}, but unless you access the variable from within Emacs
11506 Lisp, you don't need to worry about it.  Variable names in algebraic
11507 formulas implicitly have @samp{var-} prefixed to their names.  The
11508 @samp{#} character in variable names used in algebraic formulas
11509 corresponds to a dash @samp{-} in the Lisp variable name.  If the name
11510 contains any dashes, the prefix @samp{var-} is @emph{not} automatically
11511 added.  Thus the two formulas @samp{foo + 1} and @samp{var#foo + 1} both
11512 refer to the same variable.)
11514 In a command that takes a variable name, you can either type the full
11515 name of a variable, or type a single digit to use one of the special
11516 convenience variables @code{q0} through @code{q9}.  For example,
11517 @kbd{3 s s 2} stores the number 3 in variable @code{q2}, and
11518 @w{@kbd{3 s s foo @key{RET}}} stores that number in variable
11519 @code{foo}.
11521 To push a variable itself (as opposed to the variable's value) on the
11522 stack, enter its name as an algebraic expression using the apostrophe
11523 (@key{'}) key.
11525 @kindex =
11526 @pindex calc-evaluate
11527 @cindex Evaluation of variables in a formula
11528 @cindex Variables, evaluation
11529 @cindex Formulas, evaluation
11530 The @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) key ``evaluates'' a formula by
11531 replacing all variables in the formula which have been given values by a
11532 @code{calc-store} or @code{calc-let} command by their stored values.
11533 Other variables are left alone.  Thus a variable that has not been
11534 stored acts like an abstract variable in algebra; a variable that has
11535 been stored acts more like a register in a traditional calculator.
11536 With a positive numeric prefix argument, @kbd{=} evaluates the top
11537 @var{n} stack entries; with a negative argument, @kbd{=} evaluates
11538 the @var{n}th stack entry.
11540 @cindex @code{e} variable
11541 @cindex @code{pi} variable
11542 @cindex @code{i} variable
11543 @cindex @code{phi} variable
11544 @cindex @code{gamma} variable
11545 @vindex e
11546 @vindex pi
11547 @vindex i
11548 @vindex phi
11549 @vindex gamma
11550 A few variables are called @dfn{special constants}.  Their names are
11551 @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi}, and @samp{gamma}.
11552 (@xref{Scientific Functions}.)  When they are evaluated with @kbd{=},
11553 their values are calculated if necessary according to the current precision
11554 or complex polar mode.  If you wish to use these symbols for other purposes,
11555 simply undefine or redefine them using @code{calc-store}.
11557 The variables @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} stand for
11558 infinite or indeterminate values.  It's best not to use them as
11559 regular variables, since Calc uses special algebraic rules when
11560 it manipulates them.  Calc displays a warning message if you store
11561 a value into any of these special variables.
11563 @xref{Store and Recall}, for a discussion of commands dealing with variables.
11565 @node Formulas,  , Variables, Data Types
11566 @section Formulas
11568 @noindent
11569 @cindex Formulas
11570 @cindex Expressions
11571 @cindex Operators in formulas
11572 @cindex Precedence of operators
11573 When you press the apostrophe key you may enter any expression or formula
11574 in algebraic form.  (Calc uses the terms ``expression'' and ``formula''
11575 interchangeably.)  An expression is built up of numbers, variable names,
11576 and function calls, combined with various arithmetic operators.
11577 Parentheses may
11578 be used to indicate grouping.  Spaces are ignored within formulas, except
11579 that spaces are not permitted within variable names or numbers.
11580 Arithmetic operators, in order from highest to lowest precedence, and
11581 with their equivalent function names, are:
11583 @samp{_} [@code{subscr}] (subscripts);
11585 postfix @samp{%} [@code{percent}] (as in @samp{25% = 0.25});
11587 prefix @samp{!} [@code{lnot}] (logical ``not,'' as in @samp{!x});
11589 @samp{+/-} [@code{sdev}] (the standard deviation symbol) and
11590 @samp{mod} [@code{makemod}] (the symbol for modulo forms);
11592 postfix @samp{!} [@code{fact}] (factorial, as in @samp{n!})
11593 and postfix @samp{!!} [@code{dfact}] (double factorial);
11595 @samp{^} [@code{pow}] (raised-to-the-power-of);
11597 prefix @samp{+} and @samp{-} [@code{neg}] (as in @samp{-x});
11599 @samp{*} [@code{mul}];
11601 @samp{/} [@code{div}], @samp{%} [@code{mod}] (modulo), and
11602 @samp{\} [@code{idiv}] (integer division);
11604 infix @samp{+} [@code{add}] and @samp{-} [@code{sub}] (as in @samp{x-y});
11606 @samp{|} [@code{vconcat}] (vector concatenation);
11608 relations @samp{=} [@code{eq}], @samp{!=} [@code{neq}], @samp{<} [@code{lt}],
11609 @samp{>} [@code{gt}], @samp{<=} [@code{leq}], and @samp{>=} [@code{geq}];
11611 @samp{&&} [@code{land}] (logical ``and'');
11613 @samp{||} [@code{lor}] (logical ``or'');
11615 the C-style ``if'' operator @samp{a?b:c} [@code{if}];
11617 @samp{!!!} [@code{pnot}] (rewrite pattern ``not'');
11619 @samp{&&&} [@code{pand}] (rewrite pattern ``and'');
11621 @samp{|||} [@code{por}] (rewrite pattern ``or'');
11623 @samp{:=} [@code{assign}] (for assignments and rewrite rules);
11625 @samp{::} [@code{condition}] (rewrite pattern condition);
11627 @samp{=>} [@code{evalto}].
11629 Note that, unlike in usual computer notation, multiplication binds more
11630 strongly than division:  @samp{a*b/c*d} is equivalent to 
11631 @texline @math{a b \over c d}.
11632 @infoline @expr{(a*b)/(c*d)}.
11634 @cindex Multiplication, implicit
11635 @cindex Implicit multiplication
11636 The multiplication sign @samp{*} may be omitted in many cases.  In particular,
11637 if the righthand side is a number, variable name, or parenthesized
11638 expression, the @samp{*} may be omitted.  Implicit multiplication has the
11639 same precedence as the explicit @samp{*} operator.  The one exception to
11640 the rule is that a variable name followed by a parenthesized expression,
11641 as in @samp{f(x)},
11642 is interpreted as a function call, not an implicit @samp{*}.  In many
11643 cases you must use a space if you omit the @samp{*}:  @samp{2a} is the
11644 same as @samp{2*a}, and @samp{a b} is the same as @samp{a*b}, but @samp{ab}
11645 is a variable called @code{ab}, @emph{not} the product of @samp{a} and
11646 @samp{b}!  Also note that @samp{f (x)} is still a function call.
11648 @cindex Implicit comma in vectors
11649 The rules are slightly different for vectors written with square brackets.
11650 In vectors, the space character is interpreted (like the comma) as a
11651 separator of elements of the vector.  Thus @w{@samp{[ 2a b+c d ]}} is
11652 equivalent to @samp{[2*a, b+c, d]}, whereas @samp{2a b+c d} is equivalent
11653 to @samp{2*a*b + c*d}.
11654 Note that spaces around the brackets, and around explicit commas, are
11655 ignored.  To force spaces to be interpreted as multiplication you can
11656 enclose a formula in parentheses as in @samp{[(a b) 2(c d)]}, which is
11657 interpreted as @samp{[a*b, 2*c*d]}.  An implicit comma is also inserted
11658 between @samp{][}, as in the matrix @samp{[[1 2][3 4]]}.
11660 Vectors that contain commas (not embedded within nested parentheses or
11661 brackets) do not treat spaces specially:  @samp{[a b, 2 c d]} is a vector
11662 of two elements.  Also, if it would be an error to treat spaces as
11663 separators, but not otherwise, then Calc will ignore spaces:
11664 @w{@samp{[a - b]}} is a vector of one element, but @w{@samp{[a -b]}} is
11665 a vector of two elements.  Finally, vectors entered with curly braces
11666 instead of square brackets do not give spaces any special treatment.
11667 When Calc displays a vector that does not contain any commas, it will
11668 insert parentheses if necessary to make the meaning clear:
11669 @w{@samp{[(a b)]}}.
11671 The expression @samp{5%-2} is ambiguous; is this five-percent minus two,
11672 or five modulo minus-two?  Calc always interprets the leftmost symbol as
11673 an infix operator preferentially (modulo, in this case), so you would
11674 need to write @samp{(5%)-2} to get the former interpretation.
11676 @cindex Function call notation
11677 A function call is, e.g., @samp{sin(1+x)}.  (The Calc algebraic function
11678 @code{foo} corresponds to the Emacs Lisp function @code{calcFunc-foo},
11679 but unless you access the function from within Emacs Lisp, you don't
11680 need to worry about it.)  Most mathematical Calculator commands like
11681 @code{calc-sin} have function equivalents like @code{sin}.
11682 If no Lisp function is defined for a function called by a formula, the
11683 call is left as it is during algebraic manipulation: @samp{f(x+y)} is
11684 left alone.  Beware that many innocent-looking short names like @code{in}
11685 and @code{re} have predefined meanings which could surprise you; however,
11686 single letters or single letters followed by digits are always safe to
11687 use for your own function names.  @xref{Function Index}.
11689 In the documentation for particular commands, the notation @kbd{H S}
11690 (@code{calc-sinh}) [@code{sinh}] means that the key sequence @kbd{H S}, the
11691 command @kbd{M-x calc-sinh}, and the algebraic function @code{sinh(x)} all
11692 represent the same operation.
11694 Commands that interpret (``parse'') text as algebraic formulas include
11695 algebraic entry (@kbd{'}), editing commands like @kbd{`} which parse
11696 the contents of the editing buffer when you finish, the @kbd{C-x * g}
11697 and @w{@kbd{C-x * r}} commands, the @kbd{C-y} command, the X window system
11698 ``paste'' mouse operation, and Embedded mode.  All of these operations
11699 use the same rules for parsing formulas; in particular, language modes
11700 (@pxref{Language Modes}) affect them all in the same way.
11702 When you read a large amount of text into the Calculator (say a vector
11703 which represents a big set of rewrite rules; @pxref{Rewrite Rules}),
11704 you may wish to include comments in the text.  Calc's formula parser
11705 ignores the symbol @samp{%%} and anything following it on a line:
11707 @example
11708 [ a + b,   %% the sum of "a" and "b"
11709   c + d,
11710   %% last line is coming up:
11711   e + f ]
11712 @end example
11714 @noindent
11715 This is parsed exactly the same as @samp{[ a + b, c + d, e + f ]}.
11717 @xref{Syntax Tables}, for a way to create your own operators and other
11718 input notations.  @xref{Compositions}, for a way to create new display
11719 formats.
11721 @xref{Algebra}, for commands for manipulating formulas symbolically.
11723 @node Stack and Trail, Mode Settings, Data Types, Top
11724 @chapter Stack and Trail Commands
11726 @noindent
11727 This chapter describes the Calc commands for manipulating objects on the
11728 stack and in the trail buffer.  (These commands operate on objects of any
11729 type, such as numbers, vectors, formulas, and incomplete objects.)
11731 @menu
11732 * Stack Manipulation::
11733 * Editing Stack Entries::
11734 * Trail Commands::
11735 * Keep Arguments::
11736 @end menu
11738 @node Stack Manipulation, Editing Stack Entries, Stack and Trail, Stack and Trail
11739 @section Stack Manipulation Commands
11741 @noindent
11742 @kindex @key{RET}
11743 @kindex @key{SPC}
11744 @pindex calc-enter
11745 @cindex Duplicating stack entries
11746 To duplicate the top object on the stack, press @key{RET} or @key{SPC}
11747 (two equivalent keys for the @code{calc-enter} command).
11748 Given a positive numeric prefix argument, these commands duplicate
11749 several elements at the top of the stack.
11750 Given a negative argument,
11751 these commands duplicate the specified element of the stack.
11752 Given an argument of zero, they duplicate the entire stack.
11753 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11754 @key{RET} creates @samp{10 20 30 30},
11755 @kbd{C-u 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20 30},
11756 @kbd{C-u - 2 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 20}, and
11757 @kbd{C-u 0 @key{RET}} creates @samp{10 20 30 10 20 30}.
11759 @kindex @key{LFD}
11760 @pindex calc-over
11761 The @key{LFD} (@code{calc-over}) command (on a key marked Line-Feed if you
11762 have it, else on @kbd{C-j}) is like @code{calc-enter}
11763 except that the sign of the numeric prefix argument is interpreted
11764 oppositely.  Also, with no prefix argument the default argument is 2.
11765 Thus with @samp{10 20 30} on the stack, @key{LFD} and @kbd{C-u 2 @key{LFD}}
11766 are both equivalent to @kbd{C-u - 2 @key{RET}}, producing
11767 @samp{10 20 30 20}.
11769 @kindex @key{DEL}
11770 @kindex C-d
11771 @pindex calc-pop
11772 @cindex Removing stack entries
11773 @cindex Deleting stack entries
11774 To remove the top element from the stack, press @key{DEL} (@code{calc-pop}).
11775 The @kbd{C-d} key is a synonym for @key{DEL}.
11776 (If the top element is an incomplete object with at least one element, the
11777 last element is removed from it.)  Given a positive numeric prefix argument,
11778 several elements are removed.  Given a negative argument, the specified
11779 element of the stack is deleted.  Given an argument of zero, the entire
11780 stack is emptied.
11781 For example, with @samp{10 20 30} on the stack,
11782 @key{DEL} leaves @samp{10 20},
11783 @kbd{C-u 2 @key{DEL}} leaves @samp{10},
11784 @kbd{C-u - 2 @key{DEL}} leaves @samp{10 30}, and
11785 @kbd{C-u 0 @key{DEL}} leaves an empty stack.
11787 @kindex M-@key{DEL}
11788 @pindex calc-pop-above
11789 The @kbd{M-@key{DEL}} (@code{calc-pop-above}) command is to @key{DEL} what
11790 @key{LFD} is to @key{RET}:  It interprets the sign of the numeric
11791 prefix argument in the opposite way, and the default argument is 2.
11792 Thus @kbd{M-@key{DEL}} by itself removes the second-from-top stack element,
11793 leaving the first, third, fourth, and so on; @kbd{M-3 M-@key{DEL}} deletes
11794 the third stack element.
11796 @kindex @key{TAB}
11797 @pindex calc-roll-down
11798 To exchange the top two elements of the stack, press @key{TAB}
11799 (@code{calc-roll-down}).  Given a positive numeric prefix argument, the
11800 specified number of elements at the top of the stack are rotated downward.
11801 Given a negative argument, the entire stack is rotated downward the specified
11802 number of times.  Given an argument of zero, the entire stack is reversed
11803 top-for-bottom.
11804 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11805 @key{TAB} creates @samp{10 20 30 50 40},
11806 @kbd{C-u 3 @key{TAB}} creates @samp{10 20 50 30 40},
11807 @kbd{C-u - 2 @key{TAB}} creates @samp{40 50 10 20 30}, and
11808 @kbd{C-u 0 @key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11810 @kindex M-@key{TAB}
11811 @pindex calc-roll-up
11812 The command @kbd{M-@key{TAB}} (@code{calc-roll-up}) is analogous to @key{TAB}
11813 except that it rotates upward instead of downward.  Also, the default
11814 with no prefix argument is to rotate the top 3 elements.
11815 For example, with @samp{10 20 30 40 50} on the stack,
11816 @kbd{M-@key{TAB}} creates @samp{10 20 40 50 30},
11817 @kbd{C-u 4 M-@key{TAB}} creates @samp{10 30 40 50 20},
11818 @kbd{C-u - 2 M-@key{TAB}} creates @samp{30 40 50 10 20}, and
11819 @kbd{C-u 0 M-@key{TAB}} creates @samp{50 40 30 20 10}.
11821 A good way to view the operation of @key{TAB} and @kbd{M-@key{TAB}} is in
11822 terms of moving a particular element to a new position in the stack.
11823 With a positive argument @var{n}, @key{TAB} moves the top stack
11824 element down to level @var{n}, making room for it by pulling all the
11825 intervening stack elements toward the top.  @kbd{M-@key{TAB}} moves the
11826 element at level @var{n} up to the top.  (Compare with @key{LFD},
11827 which copies instead of moving the element in level @var{n}.)
11829 With a negative argument @mathit{-@var{n}}, @key{TAB} rotates the stack
11830 to move the object in level @var{n} to the deepest place in the
11831 stack, and the object in level @mathit{@var{n}+1} to the top.  @kbd{M-@key{TAB}}
11832 rotates the deepest stack element to be in level @mathit{n}, also
11833 putting the top stack element in level @mathit{@var{n}+1}.
11835 @xref{Selecting Subformulas}, for a way to apply these commands to
11836 any portion of a vector or formula on the stack.
11838 @node Editing Stack Entries, Trail Commands, Stack Manipulation, Stack and Trail
11839 @section Editing Stack Entries
11841 @noindent
11842 @kindex `
11843 @pindex calc-edit
11844 @pindex calc-edit-finish
11845 @cindex Editing the stack with Emacs
11846 The backquote, @kbd{`} (@code{calc-edit}) command creates a temporary
11847 buffer (@samp{*Calc Edit*}) for editing the top-of-stack value using
11848 regular Emacs commands.  With a numeric prefix argument, it edits the
11849 specified number of stack entries at once.  (An argument of zero edits
11850 the entire stack; a negative argument edits one specific stack entry.)
11852 When you are done editing, press @kbd{C-c C-c} to finish and return
11853 to Calc.  The @key{RET} and @key{LFD} keys also work to finish most
11854 sorts of editing, though in some cases Calc leaves @key{RET} with its
11855 usual meaning (``insert a newline'') if it's a situation where you
11856 might want to insert new lines into the editing buffer.
11858 When you finish editing, the Calculator parses the lines of text in
11859 the @samp{*Calc Edit*} buffer as numbers or formulas, replaces the
11860 original stack elements in the original buffer with these new values,
11861 then kills the @samp{*Calc Edit*} buffer.  The original Calculator buffer
11862 continues to exist during editing, but for best results you should be
11863 careful not to change it until you have finished the edit.  You can
11864 also cancel the edit by killing the buffer with @kbd{C-x k}.
11866 The formula is normally reevaluated as it is put onto the stack.
11867 For example, editing @samp{a + 2} to @samp{3 + 2} and pressing
11868 @kbd{C-c C-c} will push 5 on the stack.  If you use @key{LFD} to
11869 finish, Calc will put the result on the stack without evaluating it.
11871 If you give a prefix argument to @kbd{C-c C-c},
11872 Calc will not kill the @samp{*Calc Edit*} buffer.  You can switch
11873 back to that buffer and continue editing if you wish.  However, you
11874 should understand that if you initiated the edit with @kbd{`}, the
11875 @kbd{C-c C-c} operation will be programmed to replace the top of the
11876 stack with the new edited value, and it will do this even if you have
11877 rearranged the stack in the meanwhile.  This is not so much of a problem
11878 with other editing commands, though, such as @kbd{s e}
11879 (@code{calc-edit-variable}; @pxref{Operations on Variables}).
11881 If the @code{calc-edit} command involves more than one stack entry,
11882 each line of the @samp{*Calc Edit*} buffer is interpreted as a
11883 separate formula.  Otherwise, the entire buffer is interpreted as
11884 one formula, with line breaks ignored.  (You can use @kbd{C-o} or
11885 @kbd{C-q C-j} to insert a newline in the buffer without pressing @key{RET}.)
11887 The @kbd{`} key also works during numeric or algebraic entry.  The
11888 text entered so far is moved to the @code{*Calc Edit*} buffer for
11889 more extensive editing than is convenient in the minibuffer.
11891 @node Trail Commands, Keep Arguments, Editing Stack Entries, Stack and Trail
11892 @section Trail Commands
11894 @noindent
11895 @cindex Trail buffer
11896 The commands for manipulating the Calc Trail buffer are two-key sequences
11897 beginning with the @kbd{t} prefix.
11899 @kindex t d
11900 @pindex calc-trail-display
11901 The @kbd{t d} (@code{calc-trail-display}) command turns display of the
11902 trail on and off.  Normally the trail display is toggled on if it was off,
11903 off if it was on.  With a numeric prefix of zero, this command always
11904 turns the trail off; with a prefix of one, it always turns the trail on.
11905 The other trail-manipulation commands described here automatically turn
11906 the trail on.  Note that when the trail is off values are still recorded
11907 there; they are simply not displayed.  To set Emacs to turn the trail
11908 off by default, type @kbd{t d} and then save the mode settings with
11909 @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}).
11911 @kindex t i
11912 @pindex calc-trail-in
11913 @kindex t o
11914 @pindex calc-trail-out
11915 The @kbd{t i} (@code{calc-trail-in}) and @kbd{t o}
11916 (@code{calc-trail-out}) commands switch the cursor into and out of the
11917 Calc Trail window.  In practice they are rarely used, since the commands
11918 shown below are a more convenient way to move around in the
11919 trail, and they work ``by remote control'' when the cursor is still
11920 in the Calculator window.
11922 @cindex Trail pointer
11923 There is a @dfn{trail pointer} which selects some entry of the trail at
11924 any given time.  The trail pointer looks like a @samp{>} symbol right
11925 before the selected number.  The following commands operate on the
11926 trail pointer in various ways.
11928 @kindex t y
11929 @pindex calc-trail-yank
11930 @cindex Retrieving previous results
11931 The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command reads the selected value in
11932 the trail and pushes it onto the Calculator stack.  It allows you to
11933 re-use any previously computed value without retyping.  With a numeric
11934 prefix argument @var{n}, it yanks the value @var{n} lines above the current
11935 trail pointer.
11937 @kindex t <
11938 @pindex calc-trail-scroll-left
11939 @kindex t >
11940 @pindex calc-trail-scroll-right
11941 The @kbd{t <} (@code{calc-trail-scroll-left}) and @kbd{t >}
11942 (@code{calc-trail-scroll-right}) commands horizontally scroll the trail
11943 window left or right by one half of its width.
11945 @kindex t n
11946 @pindex calc-trail-next
11947 @kindex t p
11948 @pindex calc-trail-previous
11949 @kindex t f
11950 @pindex calc-trail-forward
11951 @kindex t b
11952 @pindex calc-trail-backward
11953 The @kbd{t n} (@code{calc-trail-next}) and @kbd{t p}
11954 (@code{calc-trail-previous)} commands move the trail pointer down or up
11955 one line.  The @kbd{t f} (@code{calc-trail-forward}) and @kbd{t b}
11956 (@code{calc-trail-backward}) commands move the trail pointer down or up
11957 one screenful at a time.  All of these commands accept numeric prefix
11958 arguments to move several lines or screenfuls at a time.
11960 @kindex t [
11961 @pindex calc-trail-first
11962 @kindex t ]
11963 @pindex calc-trail-last
11964 @kindex t h
11965 @pindex calc-trail-here
11966 The @kbd{t [} (@code{calc-trail-first}) and @kbd{t ]}
11967 (@code{calc-trail-last}) commands move the trail pointer to the first or
11968 last line of the trail.  The @kbd{t h} (@code{calc-trail-here}) command
11969 moves the trail pointer to the cursor position; unlike the other trail
11970 commands, @kbd{t h} works only when Calc Trail is the selected window.
11972 @kindex t s
11973 @pindex calc-trail-isearch-forward
11974 @kindex t r
11975 @pindex calc-trail-isearch-backward
11976 @ifnottex
11977 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
11978 (@code{calc-trail-isearch-backward}) commands perform an incremental
11979 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
11980 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
11981 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
11982 it was when the search began.
11983 @end ifnottex
11984 @tex
11985 The @kbd{t s} (@code{calc-trail-isearch-forward}) and @kbd{t r}
11986 (@code{calc-trail-isearch-backward}) com\-mands perform an incremental
11987 search forward or backward through the trail.  You can press @key{RET}
11988 to terminate the search; the trail pointer moves to the current line.
11989 If you cancel the search with @kbd{C-g}, the trail pointer stays where
11990 it was when the search began.
11991 @end tex
11993 @kindex t m
11994 @pindex calc-trail-marker
11995 The @kbd{t m} (@code{calc-trail-marker}) command allows you to enter a
11996 line of text of your own choosing into the trail.  The text is inserted
11997 after the line containing the trail pointer; this usually means it is
11998 added to the end of the trail.  Trail markers are useful mainly as the
11999 targets for later incremental searches in the trail.
12001 @kindex t k
12002 @pindex calc-trail-kill
12003 The @kbd{t k} (@code{calc-trail-kill}) command removes the selected line
12004 from the trail.  The line is saved in the Emacs kill ring suitable for
12005 yanking into another buffer, but it is not easy to yank the text back
12006 into the trail buffer.  With a numeric prefix argument, this command
12007 kills the @var{n} lines below or above the selected one.
12009 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command is described
12010 elsewhere; @pxref{Vector and Matrix Formats}.
12012 @node Keep Arguments,  , Trail Commands, Stack and Trail
12013 @section Keep Arguments
12015 @noindent
12016 @kindex K
12017 @pindex calc-keep-args
12018 The @kbd{K} (@code{calc-keep-args}) command acts like a prefix for
12019 the following command.  It prevents that command from removing its
12020 arguments from the stack.  For example, after @kbd{2 @key{RET} 3 +},
12021 the stack contains the sole number 5, but after @kbd{2 @key{RET} 3 K +},
12022 the stack contains the arguments and the result: @samp{2 3 5}.
12024 With the exception of keyboard macros, this works for all commands that
12025 take arguments off the stack. (To avoid potentially unpleasant behavior,
12026 a @kbd{K} prefix before a keyboard macro will be ignored.  A @kbd{K}
12027 prefix called @emph{within} the keyboard macro will still take effect.)  
12028 As another example, @kbd{K a s} simplifies a formula, pushing the
12029 simplified version of the formula onto the stack after the original
12030 formula (rather than replacing the original formula).  Note that you
12031 could get the same effect by typing @kbd{@key{RET} a s}, copying the
12032 formula and then simplifying the copy. One difference is that for a very
12033 large formula the time taken to format the intermediate copy in
12034 @kbd{@key{RET} a s} could be noticeable; @kbd{K a s} would avoid this
12035 extra work. 
12037 Even stack manipulation commands are affected.  @key{TAB} works by
12038 popping two values and pushing them back in the opposite order,
12039 so @kbd{2 @key{RET} 3 K @key{TAB}} produces @samp{2 3 3 2}.
12041 A few Calc commands provide other ways of doing the same thing.
12042 For example, @kbd{' sin($)} replaces the number on the stack with
12043 its sine using algebraic entry; to push the sine and keep the
12044 original argument you could use either @kbd{' sin($1)} or
12045 @kbd{K ' sin($)}.  @xref{Algebraic Entry}.  Also, the @kbd{s s}
12046 command is effectively the same as @kbd{K s t}.  @xref{Storing Variables}.
12048 If you execute a command and then decide you really wanted to keep
12049 the argument, you can press @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
12050 This command pushes the last arguments that were popped by any command
12051 onto the stack.  Note that the order of things on the stack will be
12052 different than with @kbd{K}:  @kbd{2 @key{RET} 3 + M-@key{RET}} leaves
12053 @samp{5 2 3} on the stack instead of @samp{2 3 5}.  @xref{Undo}.
12055 @node Mode Settings, Arithmetic, Stack and Trail, Top
12056 @chapter Mode Settings
12058 @noindent
12059 This chapter describes commands that set modes in the Calculator.
12060 They do not affect the contents of the stack, although they may change
12061 the @emph{appearance} or @emph{interpretation} of the stack's contents.
12063 @menu
12064 * General Mode Commands::
12065 * Precision::
12066 * Inverse and Hyperbolic::
12067 * Calculation Modes::
12068 * Simplification Modes::
12069 * Declarations::
12070 * Display Modes::
12071 * Language Modes::
12072 * Modes Variable::
12073 * Calc Mode Line::
12074 @end menu
12076 @node General Mode Commands, Precision, Mode Settings, Mode Settings
12077 @section General Mode Commands
12079 @noindent
12080 @kindex m m
12081 @pindex calc-save-modes
12082 @cindex Continuous memory
12083 @cindex Saving mode settings
12084 @cindex Permanent mode settings
12085 @cindex Calc init file, mode settings
12086 You can save all of the current mode settings in your Calc init file 
12087 (the file given by the variable @code{calc-settings-file}, typically
12088 @file{~/.calc.el}) with the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.
12089 This will cause Emacs to reestablish these modes each time it starts up.
12090 The modes saved in the file include everything controlled by the @kbd{m}
12091 and @kbd{d} prefix keys, the current precision and binary word size,
12092 whether or not the trail is displayed, the current height of the Calc
12093 window, and more.  The current interface (used when you type @kbd{C-x * *}) 
12094 is also saved.  If there were already saved mode settings in the
12095 file, they are replaced.  Otherwise, the new mode information is
12096 appended to the end of the file.
12098 @kindex m R
12099 @pindex calc-mode-record-mode
12100 The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command tells Calc to
12101 record all the mode settings (as if by pressing @kbd{m m}) every
12102 time a mode setting changes.  If the modes are saved this way, then this
12103 ``automatic mode recording'' mode is also saved.
12104 Type @kbd{m R} again to disable this method of recording the mode
12105 settings.  To turn it off permanently, the @kbd{m m} command will also be
12106 necessary.   (If Embedded mode is enabled, other options for recording
12107 the modes are available; @pxref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
12109 @kindex m F
12110 @pindex calc-settings-file-name
12111 The @kbd{m F} (@code{calc-settings-file-name}) command allows you to
12112 choose a different file than the current value of @code{calc-settings-file}
12113 for @kbd{m m}, @kbd{Z P}, and similar commands to save permanent information.
12114 You are prompted for a file name.  All Calc modes are then reset to
12115 their default values, then settings from the file you named are loaded
12116 if this file exists, and this file becomes the one that Calc will
12117 use in the future for commands like @kbd{m m}.  The default settings
12118 file name is @file{~/.calc.el}.  You can see the current file name by
12119 giving a blank response to the @kbd{m F} prompt.  See also the
12120 discussion of the @code{calc-settings-file} variable; @pxref{Customizing Calc}.
12122 If the file name you give is your user init file (typically
12123 @file{~/.emacs}), @kbd{m F} will not automatically load the new file.  This
12124 is because your user init file may contain other things you don't want
12125 to reread.  You can give 
12126 a numeric prefix argument of 1 to @kbd{m F} to force it to read the
12127 file no matter what.  Conversely, an argument of @mathit{-1} tells
12128 @kbd{m F} @emph{not} to read the new file.  An argument of 2 or @mathit{-2}
12129 tells @kbd{m F} not to reset the modes to their defaults beforehand,
12130 which is useful if you intend your new file to have a variant of the
12131 modes present in the file you were using before.
12133 @kindex m x
12134 @pindex calc-always-load-extensions
12135 The @kbd{m x} (@code{calc-always-load-extensions}) command enables a mode
12136 in which the first use of Calc loads the entire program, including all
12137 extensions modules.  Otherwise, the extensions modules will not be loaded
12138 until the various advanced Calc features are used.  Since this mode only
12139 has effect when Calc is first loaded, @kbd{m x} is usually followed by
12140 @kbd{m m} to make the mode-setting permanent.  To load all of Calc just
12141 once, rather than always in the future, you can press @kbd{C-x * L}.
12143 @kindex m S
12144 @pindex calc-shift-prefix
12145 The @kbd{m S} (@code{calc-shift-prefix}) command enables a mode in which
12146 all of Calc's letter prefix keys may be typed shifted as well as unshifted.
12147 If you are typing, say, @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) quite often
12148 you might find it easier to turn this mode on so that you can type
12149 @kbd{A S} instead.  When this mode is enabled, the commands that used to
12150 be on those single shifted letters (e.g., @kbd{A} (@code{calc-abs})) can
12151 now be invoked by pressing the shifted letter twice: @kbd{A A}.  Note
12152 that the @kbd{v} prefix key always works both shifted and unshifted, and
12153 the @kbd{z} and @kbd{Z} prefix keys are always distinct.  Also, the @kbd{h}
12154 prefix is not affected by this mode.  Press @kbd{m S} again to disable
12155 shifted-prefix mode.
12157 @node Precision, Inverse and Hyperbolic, General Mode Commands, Mode Settings
12158 @section Precision
12160 @noindent
12161 @kindex p
12162 @pindex calc-precision
12163 @cindex Precision of calculations
12164 The @kbd{p} (@code{calc-precision}) command controls the precision to
12165 which floating-point calculations are carried.  The precision must be
12166 at least 3 digits and may be arbitrarily high, within the limits of
12167 memory and time.  This affects only floats:  Integer and rational
12168 calculations are always carried out with as many digits as necessary.
12170 The @kbd{p} key prompts for the current precision.  If you wish you
12171 can instead give the precision as a numeric prefix argument.
12173 Many internal calculations are carried to one or two digits higher
12174 precision than normal.  Results are rounded down afterward to the
12175 current precision.  Unless a special display mode has been selected,
12176 floats are always displayed with their full stored precision, i.e.,
12177 what you see is what you get.  Reducing the current precision does not
12178 round values already on the stack, but those values will be rounded
12179 down before being used in any calculation.  The @kbd{c 0} through
12180 @kbd{c 9} commands (@pxref{Conversions}) can be used to round an
12181 existing value to a new precision.
12183 @cindex Accuracy of calculations
12184 It is important to distinguish the concepts of @dfn{precision} and
12185 @dfn{accuracy}.  In the normal usage of these words, the number
12186 123.4567 has a precision of 7 digits but an accuracy of 4 digits.
12187 The precision is the total number of digits not counting leading
12188 or trailing zeros (regardless of the position of the decimal point).
12189 The accuracy is simply the number of digits after the decimal point
12190 (again not counting trailing zeros).  In Calc you control the precision,
12191 not the accuracy of computations.  If you were to set the accuracy
12192 instead, then calculations like @samp{exp(100)} would generate many
12193 more digits than you would typically need, while @samp{exp(-100)} would
12194 probably round to zero!  In Calc, both these computations give you
12195 exactly 12 (or the requested number of) significant digits.
12197 The only Calc features that deal with accuracy instead of precision
12198 are fixed-point display mode for floats (@kbd{d f}; @pxref{Float Formats}),
12199 and the rounding functions like @code{floor} and @code{round}
12200 (@pxref{Integer Truncation}).  Also, @kbd{c 0} through @kbd{c 9}
12201 deal with both precision and accuracy depending on the magnitudes
12202 of the numbers involved.
12204 If you need to work with a particular fixed accuracy (say, dollars and
12205 cents with two digits after the decimal point), one solution is to work
12206 with integers and an ``implied'' decimal point.  For example, $8.99
12207 divided by 6 would be entered @kbd{899 @key{RET} 6 /}, yielding 149.833
12208 (actually $1.49833 with our implied decimal point); pressing @kbd{R}
12209 would round this to 150 cents, i.e., $1.50.
12211 @xref{Floats}, for still more on floating-point precision and related
12212 issues.
12214 @node Inverse and Hyperbolic, Calculation Modes, Precision, Mode Settings
12215 @section Inverse and Hyperbolic Flags
12217 @noindent
12218 @kindex I
12219 @pindex calc-inverse
12220 There is no single-key equivalent to the @code{calc-arcsin} function.
12221 Instead, you must first press @kbd{I} (@code{calc-inverse}) to set
12222 the @dfn{Inverse Flag}, then press @kbd{S} (@code{calc-sin}).
12223 The @kbd{I} key actually toggles the Inverse Flag.  When this flag
12224 is set, the word @samp{Inv} appears in the mode line.
12226 @kindex H
12227 @pindex calc-hyperbolic
12228 Likewise, the @kbd{H} key (@code{calc-hyperbolic}) sets or clears the
12229 Hyperbolic Flag, which transforms @code{calc-sin} into @code{calc-sinh}.
12230 If both of these flags are set at once, the effect will be
12231 @code{calc-arcsinh}.  (The Hyperbolic flag is also used by some
12232 non-trigonometric commands; for example @kbd{H L} computes a base-10,
12233 instead of base-@mathit{e}, logarithm.)
12235 Command names like @code{calc-arcsin} are provided for completeness, and
12236 may be executed with @kbd{x} or @kbd{M-x}.  Their effect is simply to
12237 toggle the Inverse and/or Hyperbolic flags and then execute the
12238 corresponding base command (@code{calc-sin} in this case).
12240 The Inverse and Hyperbolic flags apply only to the next Calculator
12241 command, after which they are automatically cleared.  (They are also
12242 cleared if the next keystroke is not a Calc command.)  Digits you
12243 type after @kbd{I} or @kbd{H} (or @kbd{K}) are treated as prefix
12244 arguments for the next command, not as numeric entries.  The same
12245 is true of @kbd{C-u}, but not of the minus sign (@kbd{K -} means to
12246 subtract and keep arguments).
12248 The third Calc prefix flag, @kbd{K} (keep-arguments), is discussed
12249 elsewhere.  @xref{Keep Arguments}.
12251 @node Calculation Modes, Simplification Modes, Inverse and Hyperbolic, Mode Settings
12252 @section Calculation Modes
12254 @noindent
12255 The commands in this section are two-key sequences beginning with
12256 the @kbd{m} prefix.  (That's the letter @kbd{m}, not the @key{META} key.)
12257 The @samp{m a} (@code{calc-algebraic-mode}) command is described elsewhere
12258 (@pxref{Algebraic Entry}).
12260 @menu
12261 * Angular Modes::
12262 * Polar Mode::
12263 * Fraction Mode::
12264 * Infinite Mode::
12265 * Symbolic Mode::
12266 * Matrix Mode::
12267 * Automatic Recomputation::
12268 * Working Message::
12269 @end menu
12271 @node Angular Modes, Polar Mode, Calculation Modes, Calculation Modes
12272 @subsection Angular Modes
12274 @noindent
12275 @cindex Angular mode
12276 The Calculator supports three notations for angles: radians, degrees,
12277 and degrees-minutes-seconds.  When a number is presented to a function
12278 like @code{sin} that requires an angle, the current angular mode is
12279 used to interpret the number as either radians or degrees.  If an HMS
12280 form is presented to @code{sin}, it is always interpreted as
12281 degrees-minutes-seconds.
12283 Functions that compute angles produce a number in radians, a number in
12284 degrees, or an HMS form depending on the current angular mode.  If the
12285 result is a complex number and the current mode is HMS, the number is
12286 instead expressed in degrees.  (Complex-number calculations would
12287 normally be done in Radians mode, though.  Complex numbers are converted
12288 to degrees by calculating the complex result in radians and then
12289 multiplying by 180 over @cpi{}.)
12291 @kindex m r
12292 @pindex calc-radians-mode
12293 @kindex m d
12294 @pindex calc-degrees-mode
12295 @kindex m h
12296 @pindex calc-hms-mode
12297 The @kbd{m r} (@code{calc-radians-mode}), @kbd{m d} (@code{calc-degrees-mode}),
12298 and @kbd{m h} (@code{calc-hms-mode}) commands control the angular mode.
12299 The current angular mode is displayed on the Emacs mode line.
12300 The default angular mode is Degrees.
12302 @node Polar Mode, Fraction Mode, Angular Modes, Calculation Modes
12303 @subsection Polar Mode
12305 @noindent
12306 @cindex Polar mode
12307 The Calculator normally ``prefers'' rectangular complex numbers in the
12308 sense that rectangular form is used when the proper form can not be
12309 decided from the input.  This might happen by multiplying a rectangular
12310 number by a polar one, by taking the square root of a negative real
12311 number, or by entering @kbd{( 2 @key{SPC} 3 )}.
12313 @kindex m p
12314 @pindex calc-polar-mode
12315 The @kbd{m p} (@code{calc-polar-mode}) command toggles complex-number
12316 preference between rectangular and polar forms.  In Polar mode, all
12317 of the above example situations would produce polar complex numbers.
12319 @node Fraction Mode, Infinite Mode, Polar Mode, Calculation Modes
12320 @subsection Fraction Mode
12322 @noindent
12323 @cindex Fraction mode
12324 @cindex Division of integers
12325 Division of two integers normally yields a floating-point number if the
12326 result cannot be expressed as an integer.  In some cases you would
12327 rather get an exact fractional answer.  One way to accomplish this is
12328 to use the @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command, which
12329 divides the two integers on the top of the stack to produce a fraction:
12330 @kbd{6 @key{RET} 4 :} produces @expr{3:2} even though 
12331 @kbd{6 @key{RET} 4 /} produces @expr{1.5}.
12333 @kindex m f
12334 @pindex calc-frac-mode
12335 To set the Calculator to produce fractional results for normal integer
12336 divisions, use the @kbd{m f} (@code{calc-frac-mode}) command.
12337 For example, @expr{8/4} produces @expr{2} in either mode,
12338 but @expr{6/4} produces @expr{3:2} in Fraction mode, @expr{1.5} in
12339 Float mode.
12341 At any time you can use @kbd{c f} (@code{calc-float}) to convert a
12342 fraction to a float, or @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) to convert a
12343 float to a fraction.  @xref{Conversions}.
12345 @node Infinite Mode, Symbolic Mode, Fraction Mode, Calculation Modes
12346 @subsection Infinite Mode
12348 @noindent
12349 @cindex Infinite mode
12350 The Calculator normally treats results like @expr{1 / 0} as errors;
12351 formulas like this are left in unsimplified form.  But Calc can be
12352 put into a mode where such calculations instead produce ``infinite''
12353 results.
12355 @kindex m i
12356 @pindex calc-infinite-mode
12357 The @kbd{m i} (@code{calc-infinite-mode}) command turns this mode
12358 on and off.  When the mode is off, infinities do not arise except
12359 in calculations that already had infinities as inputs.  (One exception
12360 is that infinite open intervals like @samp{[0 .. inf)} can be
12361 generated; however, intervals closed at infinity (@samp{[0 .. inf]})
12362 will not be generated when Infinite mode is off.)
12364 With Infinite mode turned on, @samp{1 / 0} will generate @code{uinf},
12365 an undirected infinity.  @xref{Infinities}, for a discussion of the
12366 difference between @code{inf} and @code{uinf}.  Also, @expr{0 / 0}
12367 evaluates to @code{nan}, the ``indeterminate'' symbol.  Various other
12368 functions can also return infinities in this mode; for example,
12369 @samp{ln(0) = -inf}, and @samp{gamma(-7) = uinf}.  Once again,
12370 note that @samp{exp(inf) = inf} regardless of Infinite mode because
12371 this calculation has infinity as an input.
12373 @cindex Positive Infinite mode
12374 The @kbd{m i} command with a numeric prefix argument of zero,
12375 i.e., @kbd{C-u 0 m i}, turns on a Positive Infinite mode in
12376 which zero is treated as positive instead of being directionless.
12377 Thus, @samp{1 / 0 = inf} and @samp{-1 / 0 = -inf} in this mode.
12378 Note that zero never actually has a sign in Calc; there are no
12379 separate representations for @mathit{+0} and @mathit{-0}.  Positive
12380 Infinite mode merely changes the interpretation given to the
12381 single symbol, @samp{0}.  One consequence of this is that, while
12382 you might expect @samp{1 / -0 = -inf}, actually @samp{1 / -0}
12383 is equivalent to @samp{1 / 0}, which is equal to positive @code{inf}.
12385 @node Symbolic Mode, Matrix Mode, Infinite Mode, Calculation Modes
12386 @subsection Symbolic Mode
12388 @noindent
12389 @cindex Symbolic mode
12390 @cindex Inexact results
12391 Calculations are normally performed numerically wherever possible.
12392 For example, the @code{calc-sqrt} command, or @code{sqrt} function in an
12393 algebraic expression, produces a numeric answer if the argument is a
12394 number or a symbolic expression if the argument is an expression:
12395 @kbd{2 Q} pushes 1.4142 but @kbd{@key{'} x+1 @key{RET} Q} pushes @samp{sqrt(x+1)}.
12397 @kindex m s
12398 @pindex calc-symbolic-mode
12399 In @dfn{Symbolic mode}, controlled by the @kbd{m s} (@code{calc-symbolic-mode})
12400 command, functions which would produce inexact, irrational results are
12401 left in symbolic form.  Thus @kbd{16 Q} pushes 4, but @kbd{2 Q} pushes
12402 @samp{sqrt(2)}.
12404 @kindex N
12405 @pindex calc-eval-num
12406 The shift-@kbd{N} (@code{calc-eval-num}) command evaluates numerically
12407 the expression at the top of the stack, by temporarily disabling
12408 @code{calc-symbolic-mode} and executing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
12409 Given a numeric prefix argument, it also
12410 sets the floating-point precision to the specified value for the duration
12411 of the command.
12413 To evaluate a formula numerically without expanding the variables it
12414 contains, you can use the key sequence @kbd{m s a v m s} (this uses
12415 @code{calc-alg-evaluate}, which resimplifies but doesn't evaluate
12416 variables.)
12418 @node Matrix Mode, Automatic Recomputation, Symbolic Mode, Calculation Modes
12419 @subsection Matrix and Scalar Modes
12421 @noindent
12422 @cindex Matrix mode
12423 @cindex Scalar mode
12424 Calc sometimes makes assumptions during algebraic manipulation that
12425 are awkward or incorrect when vectors and matrices are involved.
12426 Calc has two modes, @dfn{Matrix mode} and @dfn{Scalar mode}, which
12427 modify its behavior around vectors in useful ways.
12429 @kindex m v
12430 @pindex calc-matrix-mode
12431 Press @kbd{m v} (@code{calc-matrix-mode}) once to enter Matrix mode.
12432 In this mode, all objects are assumed to be matrices unless provably
12433 otherwise.  One major effect is that Calc will no longer consider
12434 multiplication to be commutative.  (Recall that in matrix arithmetic,
12435 @samp{A*B} is not the same as @samp{B*A}.)  This assumption affects
12436 rewrite rules and algebraic simplification.  Another effect of this
12437 mode is that calculations that would normally produce constants like
12438 0 and 1 (e.g., @expr{a - a} and @expr{a / a}, respectively) will now
12439 produce function calls that represent ``generic'' zero or identity
12440 matrices: @samp{idn(0)}, @samp{idn(1)}.  The @code{idn} function
12441 @samp{idn(@var{a},@var{n})} returns @var{a} times an @var{n}x@var{n}
12442 identity matrix; if @var{n} is omitted, it doesn't know what
12443 dimension to use and so the @code{idn} call remains in symbolic
12444 form.  However, if this generic identity matrix is later combined
12445 with a matrix whose size is known, it will be converted into
12446 a true identity matrix of the appropriate size.  On the other hand,
12447 if it is combined with a scalar (as in @samp{idn(1) + 2}), Calc
12448 will assume it really was a scalar after all and produce, e.g., 3.
12450 Press @kbd{m v} a second time to get Scalar mode.  Here, objects are
12451 assumed @emph{not} to be vectors or matrices unless provably so.
12452 For example, normally adding a variable to a vector, as in
12453 @samp{[x, y, z] + a}, will leave the sum in symbolic form because
12454 as far as Calc knows, @samp{a} could represent either a number or
12455 another 3-vector.  In Scalar mode, @samp{a} is assumed to be a
12456 non-vector, and the addition is evaluated to @samp{[x+a, y+a, z+a]}.
12458 Press @kbd{m v} a third time to return to the normal mode of operation.
12460 If you press @kbd{m v} with a numeric prefix argument @var{n}, you
12461 get a special ``dimensioned'' Matrix mode in which matrices of
12462 unknown size are assumed to be @var{n}x@var{n} square matrices.
12463 Then, the function call @samp{idn(1)} will expand into an actual
12464 matrix rather than representing a ``generic'' matrix.  Simply typing
12465 @kbd{C-u m v} will get you a square Matrix mode, in which matrices of
12466 unknown size are assumed to be square matrices of unspecified size.
12468 @cindex Declaring scalar variables
12469 Of course these modes are approximations to the true state of
12470 affairs, which is probably that some quantities will be matrices
12471 and others will be scalars.  One solution is to ``declare''
12472 certain variables or functions to be scalar-valued.
12473 @xref{Declarations}, to see how to make declarations in Calc.
12475 There is nothing stopping you from declaring a variable to be
12476 scalar and then storing a matrix in it; however, if you do, the
12477 results you get from Calc may not be valid.  Suppose you let Calc
12478 get the result @samp{[x+a, y+a, z+a]} shown above, and then stored
12479 @samp{[1, 2, 3]} in @samp{a}.  The result would not be the same as
12480 for @samp{[x, y, z] + [1, 2, 3]}, but that's because you have broken
12481 your earlier promise to Calc that @samp{a} would be scalar.
12483 Another way to mix scalars and matrices is to use selections
12484 (@pxref{Selecting Subformulas}).  Use Matrix mode when operating on
12485 your formula normally; then, to apply Scalar mode to a certain part
12486 of the formula without affecting the rest just select that part,
12487 change into Scalar mode and press @kbd{=} to resimplify the part
12488 under this mode, then change back to Matrix mode before deselecting.
12490 @node Automatic Recomputation, Working Message, Matrix Mode, Calculation Modes
12491 @subsection Automatic Recomputation
12493 @noindent
12494 The @dfn{evaluates-to} operator, @samp{=>}, has the special
12495 property that any @samp{=>} formulas on the stack are recomputed
12496 whenever variable values or mode settings that might affect them
12497 are changed.  @xref{Evaluates-To Operator}.
12499 @kindex m C
12500 @pindex calc-auto-recompute
12501 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns this
12502 automatic recomputation on and off.  If you turn it off, Calc will
12503 not update @samp{=>} operators on the stack (nor those in the
12504 attached Embedded mode buffer, if there is one).  They will not
12505 be updated unless you explicitly do so by pressing @kbd{=} or until
12506 you press @kbd{m C} to turn recomputation back on.  (While automatic
12507 recomputation is off, you can think of @kbd{m C m C} as a command
12508 to update all @samp{=>} operators while leaving recomputation off.)
12510 To update @samp{=>} operators in an Embedded buffer while
12511 automatic recomputation is off, use @w{@kbd{C-x * u}}.
12512 @xref{Embedded Mode}.
12514 @node Working Message,  , Automatic Recomputation, Calculation Modes
12515 @subsection Working Messages
12517 @noindent
12518 @cindex Performance
12519 @cindex Working messages
12520 Since the Calculator is written entirely in Emacs Lisp, which is not
12521 designed for heavy numerical work, many operations are quite slow.
12522 The Calculator normally displays the message @samp{Working...} in the
12523 echo area during any command that may be slow.  In addition, iterative
12524 operations such as square roots and trigonometric functions display the
12525 intermediate result at each step.  Both of these types of messages can
12526 be disabled if you find them distracting.
12528 @kindex m w
12529 @pindex calc-working
12530 Type @kbd{m w} (@code{calc-working}) with a numeric prefix of 0 to
12531 disable all ``working'' messages.  Use a numeric prefix of 1 to enable
12532 only the plain @samp{Working...} message.  Use a numeric prefix of 2 to
12533 see intermediate results as well.  With no numeric prefix this displays
12534 the current mode.
12536 While it may seem that the ``working'' messages will slow Calc down
12537 considerably, experiments have shown that their impact is actually
12538 quite small.  But if your terminal is slow you may find that it helps
12539 to turn the messages off.
12541 @node Simplification Modes, Declarations, Calculation Modes, Mode Settings
12542 @section Simplification Modes
12544 @noindent
12545 The current @dfn{simplification mode} controls how numbers and formulas
12546 are ``normalized'' when being taken from or pushed onto the stack.
12547 Some normalizations are unavoidable, such as rounding floating-point
12548 results to the current precision, and reducing fractions to simplest
12549 form.  Others, such as simplifying a formula like @expr{a+a} (or @expr{2+3}),
12550 are done by default but can be turned off when necessary.
12552 When you press a key like @kbd{+} when @expr{2} and @expr{3} are on the
12553 stack, Calc pops these numbers, normalizes them, creates the formula
12554 @expr{2+3}, normalizes it, and pushes the result.  Of course the standard
12555 rules for normalizing @expr{2+3} will produce the result @expr{5}.
12557 Simplification mode commands consist of the lower-case @kbd{m} prefix key
12558 followed by a shifted letter.
12560 @kindex m O
12561 @pindex calc-no-simplify-mode
12562 The @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) command turns off all optional
12563 simplifications.  These would leave a formula like @expr{2+3} alone.  In
12564 fact, nothing except simple numbers are ever affected by normalization
12565 in this mode.
12567 @kindex m N
12568 @pindex calc-num-simplify-mode
12569 The @kbd{m N} (@code{calc-num-simplify-mode}) command turns off simplification
12570 of any formulas except those for which all arguments are constants.  For
12571 example, @expr{1+2} is simplified to @expr{3}, and @expr{a+(2-2)} is
12572 simplified to @expr{a+0} but no further, since one argument of the sum
12573 is not a constant.  Unfortunately, @expr{(a+2)-2} is @emph{not} simplified
12574 because the top-level @samp{-} operator's arguments are not both
12575 constant numbers (one of them is the formula @expr{a+2}).
12576 A constant is a number or other numeric object (such as a constant
12577 error form or modulo form), or a vector all of whose
12578 elements are constant.
12580 @kindex m D
12581 @pindex calc-default-simplify-mode
12582 The @kbd{m D} (@code{calc-default-simplify-mode}) command restores the
12583 default simplifications for all formulas.  This includes many easy and
12584 fast algebraic simplifications such as @expr{a+0} to @expr{a}, and
12585 @expr{a + 2 a} to @expr{3 a}, as well as evaluating functions like
12586 @expr{@tfn{deriv}(x^2, x)} to @expr{2 x}.
12588 @kindex m B
12589 @pindex calc-bin-simplify-mode
12590 The @kbd{m B} (@code{calc-bin-simplify-mode}) mode applies the default
12591 simplifications to a result and then, if the result is an integer,
12592 uses the @kbd{b c} (@code{calc-clip}) command to clip the integer according
12593 to the current binary word size.  @xref{Binary Functions}.  Real numbers
12594 are rounded to the nearest integer and then clipped; other kinds of
12595 results (after the default simplifications) are left alone.
12597 @kindex m A
12598 @pindex calc-alg-simplify-mode
12599 The @kbd{m A} (@code{calc-alg-simplify-mode}) mode does algebraic
12600 simplification; it applies all the default simplifications, and also
12601 the more powerful (and slower) simplifications made by @kbd{a s}
12602 (@code{calc-simplify}).  @xref{Algebraic Simplifications}.
12604 @kindex m E
12605 @pindex calc-ext-simplify-mode
12606 The @kbd{m E} (@code{calc-ext-simplify-mode}) mode does ``extended''
12607 algebraic simplification, as by the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended})
12608 command.  @xref{Unsafe Simplifications}.
12610 @kindex m U
12611 @pindex calc-units-simplify-mode
12612 The @kbd{m U} (@code{calc-units-simplify-mode}) mode does units
12613 simplification; it applies the command @kbd{u s}
12614 (@code{calc-simplify-units}), which in turn
12615 is a superset of @kbd{a s}.  In this mode, variable names which
12616 are identifiable as unit names (like @samp{mm} for ``millimeters'')
12617 are simplified with their unit definitions in mind.
12619 A common technique is to set the simplification mode down to the lowest
12620 amount of simplification you will allow to be applied automatically, then
12621 use manual commands like @kbd{a s} and @kbd{c c} (@code{calc-clean}) to
12622 perform higher types of simplifications on demand.  @xref{Algebraic
12623 Definitions}, for another sample use of No-Simplification mode.
12625 @node Declarations, Display Modes, Simplification Modes, Mode Settings
12626 @section Declarations
12628 @noindent
12629 A @dfn{declaration} is a statement you make that promises you will
12630 use a certain variable or function in a restricted way.  This may
12631 give Calc the freedom to do things that it couldn't do if it had to
12632 take the fully general situation into account.
12634 @menu
12635 * Declaration Basics::
12636 * Kinds of Declarations::
12637 * Functions for Declarations::
12638 @end menu
12640 @node Declaration Basics, Kinds of Declarations, Declarations, Declarations
12641 @subsection Declaration Basics
12643 @noindent
12644 @kindex s d
12645 @pindex calc-declare-variable
12646 The @kbd{s d} (@code{calc-declare-variable}) command is the easiest
12647 way to make a declaration for a variable.  This command prompts for
12648 the variable name, then prompts for the declaration.  The default
12649 at the declaration prompt is the previous declaration, if any.
12650 You can edit this declaration, or press @kbd{C-k} to erase it and
12651 type a new declaration.  (Or, erase it and press @key{RET} to clear
12652 the declaration, effectively ``undeclaring'' the variable.)
12654 A declaration is in general a vector of @dfn{type symbols} and
12655 @dfn{range} values.  If there is only one type symbol or range value,
12656 you can write it directly rather than enclosing it in a vector.
12657 For example, @kbd{s d foo @key{RET} real @key{RET}} declares @code{foo} to
12658 be a real number, and @kbd{s d bar @key{RET} [int, const, [1..6]] @key{RET}}
12659 declares @code{bar} to be a constant integer between 1 and 6.
12660 (Actually, you can omit the outermost brackets and Calc will
12661 provide them for you: @kbd{s d bar @key{RET} int, const, [1..6] @key{RET}}.)
12663 @cindex @code{Decls} variable
12664 @vindex Decls
12665 Declarations in Calc are kept in a special variable called @code{Decls}.
12666 This variable encodes the set of all outstanding declarations in
12667 the form of a matrix.  Each row has two elements:  A variable or
12668 vector of variables declared by that row, and the declaration
12669 specifier as described above.  You can use the @kbd{s D} command to
12670 edit this variable if you wish to see all the declarations at once.
12671 @xref{Operations on Variables}, for a description of this command
12672 and the @kbd{s p} command that allows you to save your declarations
12673 permanently if you wish.
12675 Items being declared can also be function calls.  The arguments in
12676 the call are ignored; the effect is to say that this function returns
12677 values of the declared type for any valid arguments.  The @kbd{s d}
12678 command declares only variables, so if you wish to make a function
12679 declaration you will have to edit the @code{Decls} matrix yourself.
12681 For example, the declaration matrix
12683 @smallexample
12684 @group
12685 [ [ foo,       real       ]
12686   [ [j, k, n], int        ]
12687   [ f(1,2,3),  [0 .. inf) ] ]
12688 @end group
12689 @end smallexample
12691 @noindent
12692 declares that @code{foo} represents a real number, @code{j}, @code{k}
12693 and @code{n} represent integers, and the function @code{f} always
12694 returns a real number in the interval shown.
12696 @vindex All
12697 If there is a declaration for the variable @code{All}, then that
12698 declaration applies to all variables that are not otherwise declared.
12699 It does not apply to function names.  For example, using the row
12700 @samp{[All, real]} says that all your variables are real unless they
12701 are explicitly declared without @code{real} in some other row.
12702 The @kbd{s d} command declares @code{All} if you give a blank
12703 response to the variable-name prompt.
12705 @node Kinds of Declarations, Functions for Declarations, Declaration Basics, Declarations
12706 @subsection Kinds of Declarations
12708 @noindent
12709 The type-specifier part of a declaration (that is, the second prompt
12710 in the @kbd{s d} command) can be a type symbol, an interval, or a
12711 vector consisting of zero or more type symbols followed by zero or
12712 more intervals or numbers that represent the set of possible values
12713 for the variable.
12715 @smallexample
12716 @group
12717 [ [ a, [1, 2, 3, 4, 5] ]
12718   [ b, [1 .. 5]        ]
12719   [ c, [int, 1 .. 5]   ] ]
12720 @end group
12721 @end smallexample
12723 Here @code{a} is declared to contain one of the five integers shown;
12724 @code{b} is any number in the interval from 1 to 5 (any real number
12725 since we haven't specified), and @code{c} is any integer in that
12726 interval.  Thus the declarations for @code{a} and @code{c} are
12727 nearly equivalent (see below).
12729 The type-specifier can be the empty vector @samp{[]} to say that
12730 nothing is known about a given variable's value.  This is the same
12731 as not declaring the variable at all except that it overrides any
12732 @code{All} declaration which would otherwise apply.
12734 The initial value of @code{Decls} is the empty vector @samp{[]}.
12735 If @code{Decls} has no stored value or if the value stored in it
12736 is not valid, it is ignored and there are no declarations as far
12737 as Calc is concerned.  (The @kbd{s d} command will replace such a
12738 malformed value with a fresh empty matrix, @samp{[]}, before recording
12739 the new declaration.)  Unrecognized type symbols are ignored.
12741 The following type symbols describe what sorts of numbers will be
12742 stored in a variable:
12744 @table @code
12745 @item int
12746 Integers.
12747 @item numint
12748 Numerical integers.  (Integers or integer-valued floats.)
12749 @item frac
12750 Fractions.  (Rational numbers which are not integers.)
12751 @item rat
12752 Rational numbers.  (Either integers or fractions.)
12753 @item float
12754 Floating-point numbers.
12755 @item real
12756 Real numbers.  (Integers, fractions, or floats.  Actually,
12757 intervals and error forms with real components also count as
12758 reals here.)
12759 @item pos
12760 Positive real numbers.  (Strictly greater than zero.)
12761 @item nonneg
12762 Nonnegative real numbers.  (Greater than or equal to zero.)
12763 @item number
12764 Numbers.  (Real or complex.)
12765 @end table
12767 Calc uses this information to determine when certain simplifications
12768 of formulas are safe.  For example, @samp{(x^y)^z} cannot be
12769 simplified to @samp{x^(y z)} in general; for example,
12770 @samp{((-3)^2)^1:2} is 3, but @samp{(-3)^(2*1:2) = (-3)^1} is @mathit{-3}.
12771 However, this simplification @emph{is} safe if @code{z} is known
12772 to be an integer, or if @code{x} is known to be a nonnegative
12773 real number.  If you have given declarations that allow Calc to
12774 deduce either of these facts, Calc will perform this simplification
12775 of the formula.
12777 Calc can apply a certain amount of logic when using declarations.
12778 For example, @samp{(x^y)^(2n+1)} will be simplified if @code{n}
12779 has been declared @code{int}; Calc knows that an integer times an
12780 integer, plus an integer, must always be an integer.  (In fact,
12781 Calc would simplify @samp{(-x)^(2n+1)} to @samp{-(x^(2n+1))} since
12782 it is able to determine that @samp{2n+1} must be an odd integer.)
12784 Similarly, @samp{(abs(x)^y)^z} will be simplified to @samp{abs(x)^(y z)}
12785 because Calc knows that the @code{abs} function always returns a
12786 nonnegative real.  If you had a @code{myabs} function that also had
12787 this property, you could get Calc to recognize it by adding the row
12788 @samp{[myabs(), nonneg]} to the @code{Decls} matrix.
12790 One instance of this simplification is @samp{sqrt(x^2)} (since the
12791 @code{sqrt} function is effectively a one-half power).  Normally
12792 Calc leaves this formula alone.  After the command
12793 @kbd{s d x @key{RET} real @key{RET}}, however, it can simplify the formula to
12794 @samp{abs(x)}.  And after @kbd{s d x @key{RET} nonneg @key{RET}}, Calc can
12795 simplify this formula all the way to @samp{x}.
12797 If there are any intervals or real numbers in the type specifier,
12798 they comprise the set of possible values that the variable or
12799 function being declared can have.  In particular, the type symbol
12800 @code{real} is effectively the same as the range @samp{[-inf .. inf]}
12801 (note that infinity is included in the range of possible values);
12802 @code{pos} is the same as @samp{(0 .. inf]}, and @code{nonneg} is
12803 the same as @samp{[0 .. inf]}.  Saying @samp{[real, [-5 .. 5]]} is
12804 redundant because the fact that the variable is real can be
12805 deduced just from the interval, but @samp{[int, [-5 .. 5]]} and
12806 @samp{[rat, [-5 .. 5]]} are useful combinations.
12808 Note that the vector of intervals or numbers is in the same format
12809 used by Calc's set-manipulation commands.  @xref{Set Operations}.
12811 The type specifier @samp{[1, 2, 3]} is equivalent to
12812 @samp{[numint, 1, 2, 3]}, @emph{not} to @samp{[int, 1, 2, 3]}.
12813 In other words, the range of possible values means only that
12814 the variable's value must be numerically equal to a number in
12815 that range, but not that it must be equal in type as well.
12816 Calc's set operations act the same way; @samp{in(2, [1., 2., 3.])}
12817 and @samp{in(1.5, [1:2, 3:2, 5:2])} both report ``true.''
12819 If you use a conflicting combination of type specifiers, the
12820 results are unpredictable.  An example is @samp{[pos, [0 .. 5]]},
12821 where the interval does not lie in the range described by the
12822 type symbol.
12824 ``Real'' declarations mostly affect simplifications involving powers
12825 like the one described above.  Another case where they are used
12826 is in the @kbd{a P} command which returns a list of all roots of a
12827 polynomial; if the variable has been declared real, only the real
12828 roots (if any) will be included in the list.
12830 ``Integer'' declarations are used for simplifications which are valid
12831 only when certain values are integers (such as @samp{(x^y)^z}
12832 shown above).
12834 Another command that makes use of declarations is @kbd{a s}, when
12835 simplifying equations and inequalities.  It will cancel @code{x}
12836 from both sides of @samp{a x = b x} only if it is sure @code{x}
12837 is non-zero, say, because it has a @code{pos} declaration.
12838 To declare specifically that @code{x} is real and non-zero,
12839 use @samp{[[-inf .. 0), (0 .. inf]]}.  (There is no way in the
12840 current notation to say that @code{x} is nonzero but not necessarily
12841 real.)  The @kbd{a e} command does ``unsafe'' simplifications,
12842 including cancelling @samp{x} from the equation when @samp{x} is
12843 not known to be nonzero.
12845 Another set of type symbols distinguish between scalars and vectors.
12847 @table @code
12848 @item scalar
12849 The value is not a vector.
12850 @item vector
12851 The value is a vector.
12852 @item matrix
12853 The value is a matrix (a rectangular vector of vectors).
12854 @item sqmatrix
12855 The value is a square matrix.
12856 @end table
12858 These type symbols can be combined with the other type symbols
12859 described above; @samp{[int, matrix]} describes an object which
12860 is a matrix of integers.
12862 Scalar/vector declarations are used to determine whether certain
12863 algebraic operations are safe.  For example, @samp{[a, b, c] + x}
12864 is normally not simplified to @samp{[a + x, b + x, c + x]}, but
12865 it will be if @code{x} has been declared @code{scalar}.  On the
12866 other hand, multiplication is usually assumed to be commutative,
12867 but the terms in @samp{x y} will never be exchanged if both @code{x}
12868 and @code{y} are known to be vectors or matrices.  (Calc currently
12869 never distinguishes between @code{vector} and @code{matrix}
12870 declarations.)
12872 @xref{Matrix Mode}, for a discussion of Matrix mode and
12873 Scalar mode, which are similar to declaring @samp{[All, matrix]}
12874 or @samp{[All, scalar]} but much more convenient.
12876 One more type symbol that is recognized is used with the @kbd{H a d}
12877 command for taking total derivatives of a formula.  @xref{Calculus}.
12879 @table @code
12880 @item const
12881 The value is a constant with respect to other variables.
12882 @end table
12884 Calc does not check the declarations for a variable when you store
12885 a value in it.  However, storing @mathit{-3.5} in a variable that has
12886 been declared @code{pos}, @code{int}, or @code{matrix} may have
12887 unexpected effects; Calc may evaluate @samp{sqrt(x^2)} to @expr{3.5}
12888 if it substitutes the value first, or to @expr{-3.5} if @code{x}
12889 was declared @code{pos} and the formula @samp{sqrt(x^2)} is
12890 simplified to @samp{x} before the value is substituted.  Before
12891 using a variable for a new purpose, it is best to use @kbd{s d}
12892 or @kbd{s D} to check to make sure you don't still have an old
12893 declaration for the variable that will conflict with its new meaning.
12895 @node Functions for Declarations,  , Kinds of Declarations, Declarations
12896 @subsection Functions for Declarations
12898 @noindent
12899 Calc has a set of functions for accessing the current declarations
12900 in a convenient manner.  These functions return 1 if the argument
12901 can be shown to have the specified property, or 0 if the argument
12902 can be shown @emph{not} to have that property; otherwise they are
12903 left unevaluated.  These functions are suitable for use with rewrite
12904 rules (@pxref{Conditional Rewrite Rules}) or programming constructs
12905 (@pxref{Conditionals in Macros}).  They can be entered only using
12906 algebraic notation.  @xref{Logical Operations}, for functions
12907 that perform other tests not related to declarations.
12909 For example, @samp{dint(17)} returns 1 because 17 is an integer, as
12910 do @samp{dint(n)} and @samp{dint(2 n - 3)} if @code{n} has been declared
12911 @code{int}, but @samp{dint(2.5)} and @samp{dint(n + 0.5)} return 0.
12912 Calc consults knowledge of its own built-in functions as well as your
12913 own declarations: @samp{dint(floor(x))} returns 1.
12915 @ignore
12916 @starindex
12917 @end ignore
12918 @tindex dint
12919 @ignore
12920 @starindex
12921 @end ignore
12922 @tindex dnumint
12923 @ignore
12924 @starindex
12925 @end ignore
12926 @tindex dnatnum
12927 The @code{dint} function checks if its argument is an integer.
12928 The @code{dnatnum} function checks if its argument is a natural
12929 number, i.e., a nonnegative integer.  The @code{dnumint} function
12930 checks if its argument is numerically an integer, i.e., either an
12931 integer or an integer-valued float.  Note that these and the other
12932 data type functions also accept vectors or matrices composed of
12933 suitable elements, and that real infinities @samp{inf} and @samp{-inf}
12934 are considered to be integers for the purposes of these functions.
12936 @ignore
12937 @starindex
12938 @end ignore
12939 @tindex drat
12940 The @code{drat} function checks if its argument is rational, i.e.,
12941 an integer or fraction.  Infinities count as rational, but intervals
12942 and error forms do not.
12944 @ignore
12945 @starindex
12946 @end ignore
12947 @tindex dreal
12948 The @code{dreal} function checks if its argument is real.  This
12949 includes integers, fractions, floats, real error forms, and intervals.
12951 @ignore
12952 @starindex
12953 @end ignore
12954 @tindex dimag
12955 The @code{dimag} function checks if its argument is imaginary,
12956 i.e., is mathematically equal to a real number times @expr{i}.
12958 @ignore
12959 @starindex
12960 @end ignore
12961 @tindex dpos
12962 @ignore
12963 @starindex
12964 @end ignore
12965 @tindex dneg
12966 @ignore
12967 @starindex
12968 @end ignore
12969 @tindex dnonneg
12970 The @code{dpos} function checks for positive (but nonzero) reals.
12971 The @code{dneg} function checks for negative reals.  The @code{dnonneg}
12972 function checks for nonnegative reals, i.e., reals greater than or
12973 equal to zero.  Note that the @kbd{a s} command can simplify an
12974 expression like @expr{x > 0} to 1 or 0 using @code{dpos}, and that
12975 @kbd{a s} is effectively applied to all conditions in rewrite rules,
12976 so the actual functions @code{dpos}, @code{dneg}, and @code{dnonneg}
12977 are rarely necessary.
12979 @ignore
12980 @starindex
12981 @end ignore
12982 @tindex dnonzero
12983 The @code{dnonzero} function checks that its argument is nonzero.
12984 This includes all nonzero real or complex numbers, all intervals that
12985 do not include zero, all nonzero modulo forms, vectors all of whose
12986 elements are nonzero, and variables or formulas whose values can be
12987 deduced to be nonzero.  It does not include error forms, since they
12988 represent values which could be anything including zero.  (This is
12989 also the set of objects considered ``true'' in conditional contexts.)
12991 @ignore
12992 @starindex
12993 @end ignore
12994 @tindex deven
12995 @ignore
12996 @starindex
12997 @end ignore
12998 @tindex dodd
12999 The @code{deven} function returns 1 if its argument is known to be
13000 an even integer (or integer-valued float); it returns 0 if its argument
13001 is known not to be even (because it is known to be odd or a non-integer).
13002 The @kbd{a s} command uses this to simplify a test of the form
13003 @samp{x % 2 = 0}.  There is also an analogous @code{dodd} function.
13005 @ignore
13006 @starindex
13007 @end ignore
13008 @tindex drange
13009 The @code{drange} function returns a set (an interval or a vector
13010 of intervals and/or numbers; @pxref{Set Operations}) that describes
13011 the set of possible values of its argument.  If the argument is
13012 a variable or a function with a declaration, the range is copied
13013 from the declaration.  Otherwise, the possible signs of the
13014 expression are determined using a method similar to @code{dpos},
13015 etc., and a suitable set like @samp{[0 .. inf]} is returned.  If
13016 the expression is not provably real, the @code{drange} function
13017 remains unevaluated.
13019 @ignore
13020 @starindex
13021 @end ignore
13022 @tindex dscalar
13023 The @code{dscalar} function returns 1 if its argument is provably
13024 scalar, or 0 if its argument is provably non-scalar.  It is left
13025 unevaluated if this cannot be determined.  (If Matrix mode or Scalar
13026 mode is in effect, this function returns 1 or 0, respectively,
13027 if it has no other information.)  When Calc interprets a condition
13028 (say, in a rewrite rule) it considers an unevaluated formula to be
13029 ``false.''  Thus, @samp{dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a} is
13030 provably scalar, and @samp{!dscalar(a)} is ``true'' only if @code{a}
13031 is provably non-scalar; both are ``false'' if there is insufficient
13032 information to tell.
13034 @node Display Modes, Language Modes, Declarations, Mode Settings
13035 @section Display Modes
13037 @noindent
13038 The commands in this section are two-key sequences beginning with the
13039 @kbd{d} prefix.  The @kbd{d l} (@code{calc-line-numbering}) and @kbd{d b}
13040 (@code{calc-line-breaking}) commands are described elsewhere;
13041 @pxref{Stack Basics} and @pxref{Normal Language Modes}, respectively.
13042 Display formats for vectors and matrices are also covered elsewhere;
13043 @pxref{Vector and Matrix Formats}.
13045 One thing all display modes have in common is their treatment of the
13046 @kbd{H} prefix.  This prefix causes any mode command that would normally
13047 refresh the stack to leave the stack display alone.  The word ``Dirty''
13048 will appear in the mode line when Calc thinks the stack display may not
13049 reflect the latest mode settings.
13051 @kindex d @key{RET}
13052 @pindex calc-refresh-top
13053 The @kbd{d @key{RET}} (@code{calc-refresh-top}) command reformats the
13054 top stack entry according to all the current modes.  Positive prefix
13055 arguments reformat the top @var{n} entries; negative prefix arguments
13056 reformat the specified entry, and a prefix of zero is equivalent to
13057 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}), which reformats the entire stack.
13058 For example, @kbd{H d s M-2 d @key{RET}} changes to scientific notation
13059 but reformats only the top two stack entries in the new mode.
13061 The @kbd{I} prefix has another effect on the display modes.  The mode
13062 is set only temporarily; the top stack entry is reformatted according
13063 to that mode, then the original mode setting is restored.  In other
13064 words, @kbd{I d s} is equivalent to @kbd{H d s d @key{RET} H d (@var{old mode})}.
13066 @menu
13067 * Radix Modes::
13068 * Grouping Digits::
13069 * Float Formats::
13070 * Complex Formats::
13071 * Fraction Formats::
13072 * HMS Formats::
13073 * Date Formats::
13074 * Truncating the Stack::
13075 * Justification::
13076 * Labels::
13077 @end menu
13079 @node Radix Modes, Grouping Digits, Display Modes, Display Modes
13080 @subsection Radix Modes
13082 @noindent
13083 @cindex Radix display
13084 @cindex Non-decimal numbers
13085 @cindex Decimal and non-decimal numbers
13086 Calc normally displays numbers in decimal (@dfn{base-10} or @dfn{radix-10})
13087 notation.  Calc can actually display in any radix from two (binary) to 36.
13088 When the radix is above 10, the letters @code{A} to @code{Z} are used as
13089 digits.  When entering such a number, letter keys are interpreted as
13090 potential digits rather than terminating numeric entry mode.
13092 @kindex d 2
13093 @kindex d 8
13094 @kindex d 6
13095 @kindex d 0
13096 @cindex Hexadecimal integers
13097 @cindex Octal integers
13098 The key sequences @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, @kbd{d 6}, and @kbd{d 0} select
13099 binary, octal, hexadecimal, and decimal as the current display radix,
13100 respectively.  Numbers can always be entered in any radix, though the
13101 current radix is used as a default if you press @kbd{#} without any initial
13102 digits.  A number entered without a @kbd{#} is @emph{always} interpreted
13103 as decimal.
13105 @kindex d r
13106 @pindex calc-radix
13107 To set the radix generally, use @kbd{d r} (@code{calc-radix}) and enter
13108 an integer from 2 to 36.  You can specify the radix as a numeric prefix
13109 argument; otherwise you will be prompted for it.
13111 @kindex d z
13112 @pindex calc-leading-zeros
13113 @cindex Leading zeros
13114 Integers normally are displayed with however many digits are necessary to
13115 represent the integer and no more.  The @kbd{d z} (@code{calc-leading-zeros})
13116 command causes integers to be padded out with leading zeros according to the
13117 current binary word size.  (@xref{Binary Functions}, for a discussion of
13118 word size.)  If the absolute value of the word size is @expr{w}, all integers
13119 are displayed with at least enough digits to represent 
13120 @texline @math{2^w-1}
13121 @infoline @expr{(2^w)-1} 
13122 in the current radix.  (Larger integers will still be displayed in their
13123 entirety.) 
13125 @node Grouping Digits, Float Formats, Radix Modes, Display Modes
13126 @subsection Grouping Digits
13128 @noindent
13129 @kindex d g
13130 @pindex calc-group-digits
13131 @cindex Grouping digits
13132 @cindex Digit grouping
13133 Long numbers can be hard to read if they have too many digits.  For
13134 example, the factorial of 30 is 33 digits long!  Press @kbd{d g}
13135 (@code{calc-group-digits}) to enable @dfn{Grouping} mode, in which digits
13136 are displayed in clumps of 3 or 4 (depending on the current radix)
13137 separated by commas.
13139 The @kbd{d g} command toggles grouping on and off.
13140 With a numeric prefix of 0, this command displays the current state of
13141 the grouping flag; with an argument of minus one it disables grouping;
13142 with a positive argument @expr{N} it enables grouping on every @expr{N}
13143 digits.  For floating-point numbers, grouping normally occurs only
13144 before the decimal point.  A negative prefix argument @expr{-N} enables
13145 grouping every @expr{N} digits both before and after the decimal point.
13147 @kindex d ,
13148 @pindex calc-group-char
13149 The @kbd{d ,} (@code{calc-group-char}) command allows you to choose any
13150 character as the grouping separator.  The default is the comma character.
13151 If you find it difficult to read vectors of large integers grouped with
13152 commas, you may wish to use spaces or some other character instead.
13153 This command takes the next character you type, whatever it is, and
13154 uses it as the digit separator.  As a special case, @kbd{d , \} selects
13155 @samp{\,} (@TeX{}'s thin-space symbol) as the digit separator.
13157 Please note that grouped numbers will not generally be parsed correctly
13158 if re-read in textual form, say by the use of @kbd{C-x * y} and @kbd{C-x * g}.
13159 (@xref{Kill and Yank}, for details on these commands.)  One exception is
13160 the @samp{\,} separator, which doesn't interfere with parsing because it
13161 is ignored by @TeX{} language mode.
13163 @node Float Formats, Complex Formats, Grouping Digits, Display Modes
13164 @subsection Float Formats
13166 @noindent
13167 Floating-point quantities are normally displayed in standard decimal
13168 form, with scientific notation used if the exponent is especially high
13169 or low.  All significant digits are normally displayed.  The commands
13170 in this section allow you to choose among several alternative display
13171 formats for floats.
13173 @kindex d n
13174 @pindex calc-normal-notation
13175 The @kbd{d n} (@code{calc-normal-notation}) command selects the normal
13176 display format.  All significant figures in a number are displayed.
13177 With a positive numeric prefix, numbers are rounded if necessary to
13178 that number of significant digits.  With a negative numerix prefix,
13179 the specified number of significant digits less than the current
13180 precision is used.  (Thus @kbd{C-u -2 d n} displays 10 digits if the
13181 current precision is 12.)
13183 @kindex d f
13184 @pindex calc-fix-notation
13185 The @kbd{d f} (@code{calc-fix-notation}) command selects fixed-point
13186 notation.  The numeric argument is the number of digits after the
13187 decimal point, zero or more.  This format will relax into scientific
13188 notation if a nonzero number would otherwise have been rounded all the
13189 way to zero.  Specifying a negative number of digits is the same as
13190 for a positive number, except that small nonzero numbers will be rounded
13191 to zero rather than switching to scientific notation.
13193 @kindex d s
13194 @pindex calc-sci-notation
13195 @cindex Scientific notation, display of
13196 The @kbd{d s} (@code{calc-sci-notation}) command selects scientific
13197 notation.  A positive argument sets the number of significant figures
13198 displayed, of which one will be before and the rest after the decimal
13199 point.  A negative argument works the same as for @kbd{d n} format.
13200 The default is to display all significant digits.
13202 @kindex d e
13203 @pindex calc-eng-notation
13204 @cindex Engineering notation, display of
13205 The @kbd{d e} (@code{calc-eng-notation}) command selects engineering
13206 notation.  This is similar to scientific notation except that the
13207 exponent is rounded down to a multiple of three, with from one to three
13208 digits before the decimal point.  An optional numeric prefix sets the
13209 number of significant digits to display, as for @kbd{d s}.
13211 It is important to distinguish between the current @emph{precision} and
13212 the current @emph{display format}.  After the commands @kbd{C-u 10 p}
13213 and @kbd{C-u 6 d n} the Calculator computes all results to ten
13214 significant figures but displays only six.  (In fact, intermediate
13215 calculations are often carried to one or two more significant figures,
13216 but values placed on the stack will be rounded down to ten figures.)
13217 Numbers are never actually rounded to the display precision for storage,
13218 except by commands like @kbd{C-k} and @kbd{C-x * y} which operate on the
13219 actual displayed text in the Calculator buffer.
13221 @kindex d .
13222 @pindex calc-point-char
13223 The @kbd{d .} (@code{calc-point-char}) command selects the character used
13224 as a decimal point.  Normally this is a period; users in some countries
13225 may wish to change this to a comma.  Note that this is only a display
13226 style; on entry, periods must always be used to denote floating-point
13227 numbers, and commas to separate elements in a list.
13229 @node Complex Formats, Fraction Formats, Float Formats, Display Modes
13230 @subsection Complex Formats
13232 @noindent
13233 @kindex d c
13234 @pindex calc-complex-notation
13235 There are three supported notations for complex numbers in rectangular
13236 form.  The default is as a pair of real numbers enclosed in parentheses
13237 and separated by a comma: @samp{(a,b)}.  The @kbd{d c}
13238 (@code{calc-complex-notation}) command selects this style.
13240 @kindex d i
13241 @pindex calc-i-notation
13242 @kindex d j
13243 @pindex calc-j-notation
13244 The other notations are @kbd{d i} (@code{calc-i-notation}), in which
13245 numbers are displayed in @samp{a+bi} form, and @kbd{d j}
13246 (@code{calc-j-notation}) which displays the form @samp{a+bj} preferred
13247 in some disciplines.
13249 @cindex @code{i} variable
13250 @vindex i
13251 Complex numbers are normally entered in @samp{(a,b)} format.
13252 If you enter @samp{2+3i} as an algebraic formula, it will be stored as
13253 the formula @samp{2 + 3 * i}.  However, if you use @kbd{=} to evaluate
13254 this formula and you have not changed the variable @samp{i}, the @samp{i}
13255 will be interpreted as @samp{(0,1)} and the formula will be simplified
13256 to @samp{(2,3)}.  Other commands (like @code{calc-sin}) will @emph{not}
13257 interpret the formula @samp{2 + 3 * i} as a complex number.
13258 @xref{Variables}, under ``special constants.''
13260 @node Fraction Formats, HMS Formats, Complex Formats, Display Modes
13261 @subsection Fraction Formats
13263 @noindent
13264 @kindex d o
13265 @pindex calc-over-notation
13266 Display of fractional numbers is controlled by the @kbd{d o}
13267 (@code{calc-over-notation}) command.  By default, a number like
13268 eight thirds is displayed in the form @samp{8:3}.  The @kbd{d o} command
13269 prompts for a one- or two-character format.  If you give one character,
13270 that character is used as the fraction separator.  Common separators are
13271 @samp{:} and @samp{/}.  (During input of numbers, the @kbd{:} key must be
13272 used regardless of the display format; in particular, the @kbd{/} is used
13273 for RPN-style division, @emph{not} for entering fractions.)
13275 If you give two characters, fractions use ``integer-plus-fractional-part''
13276 notation.  For example, the format @samp{+/} would display eight thirds
13277 as @samp{2+2/3}.  If two colons are present in a number being entered,
13278 the number is interpreted in this form (so that the entries @kbd{2:2:3}
13279 and @kbd{8:3} are equivalent).
13281 It is also possible to follow the one- or two-character format with
13282 a number.  For example:  @samp{:10} or @samp{+/3}.  In this case,
13283 Calc adjusts all fractions that are displayed to have the specified
13284 denominator, if possible.  Otherwise it adjusts the denominator to
13285 be a multiple of the specified value.  For example, in @samp{:6} mode
13286 the fraction @expr{1:6} will be unaffected, but @expr{2:3} will be
13287 displayed as @expr{4:6}, @expr{1:2} will be displayed as @expr{3:6},
13288 and @expr{1:8} will be displayed as @expr{3:24}.  Integers are also
13289 affected by this mode:  3 is displayed as @expr{18:6}.  Note that the
13290 format @samp{:1} writes fractions the same as @samp{:}, but it writes
13291 integers as @expr{n:1}.
13293 The fraction format does not affect the way fractions or integers are
13294 stored, only the way they appear on the screen.  The fraction format
13295 never affects floats.
13297 @node HMS Formats, Date Formats, Fraction Formats, Display Modes
13298 @subsection HMS Formats
13300 @noindent
13301 @kindex d h
13302 @pindex calc-hms-notation
13303 The @kbd{d h} (@code{calc-hms-notation}) command controls the display of
13304 HMS (hours-minutes-seconds) forms.  It prompts for a string which
13305 consists basically of an ``hours'' marker, optional punctuation, a
13306 ``minutes'' marker, more optional punctuation, and a ``seconds'' marker.
13307 Punctuation is zero or more spaces, commas, or semicolons.  The hours
13308 marker is one or more non-punctuation characters.  The minutes and
13309 seconds markers must be single non-punctuation characters.
13311 The default HMS format is @samp{@@ ' "}, producing HMS values of the form
13312 @samp{23@@ 30' 15.75"}.  The format @samp{deg, ms} would display this same
13313 value as @samp{23deg, 30m15.75s}.  During numeric entry, the @kbd{h} or @kbd{o}
13314 keys are recognized as synonyms for @kbd{@@} regardless of display format.
13315 The @kbd{m} and @kbd{s} keys are recognized as synonyms for @kbd{'} and
13316 @kbd{"}, respectively, but only if an @kbd{@@} (or @kbd{h} or @kbd{o}) has
13317 already been typed; otherwise, they have their usual meanings
13318 (@kbd{m-} prefix and @kbd{s-} prefix).  Thus, @kbd{5 "}, @kbd{0 @@ 5 "}, and
13319 @kbd{0 h 5 s} are some of the ways to enter the quantity ``five seconds.''
13320 The @kbd{'} key is recognized as ``minutes'' only if @kbd{@@} (or @kbd{h} or
13321 @kbd{o}) has already been pressed; otherwise it means to switch to algebraic
13322 entry.
13324 @node Date Formats, Truncating the Stack, HMS Formats, Display Modes
13325 @subsection Date Formats
13327 @noindent
13328 @kindex d d
13329 @pindex calc-date-notation
13330 The @kbd{d d} (@code{calc-date-notation}) command controls the display
13331 of date forms (@pxref{Date Forms}).  It prompts for a string which
13332 contains letters that represent the various parts of a date and time.
13333 To show which parts should be omitted when the form represents a pure
13334 date with no time, parts of the string can be enclosed in @samp{< >}
13335 marks.  If you don't include @samp{< >} markers in the format, Calc
13336 guesses at which parts, if any, should be omitted when formatting
13337 pure dates.
13339 The default format is:  @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}.
13340 An example string in this format is @samp{3:32pm Wed Jan 9, 1991}.
13341 If you enter a blank format string, this default format is
13342 reestablished.
13344 Calc uses @samp{< >} notation for nameless functions as well as for
13345 dates.  @xref{Specifying Operators}.  To avoid confusion with nameless
13346 functions, your date formats should avoid using the @samp{#} character.
13348 @menu
13349 * Date Formatting Codes::
13350 * Free-Form Dates::
13351 * Standard Date Formats::
13352 @end menu
13354 @node Date Formatting Codes, Free-Form Dates, Date Formats, Date Formats
13355 @subsubsection Date Formatting Codes
13357 @noindent
13358 When displaying a date, the current date format is used.  All
13359 characters except for letters and @samp{<} and @samp{>} are
13360 copied literally when dates are formatted.  The portion between
13361 @samp{< >} markers is omitted for pure dates, or included for
13362 date/time forms.  Letters are interpreted according to the table
13363 below.
13365 When dates are read in during algebraic entry, Calc first tries to
13366 match the input string to the current format either with or without
13367 the time part.  The punctuation characters (including spaces) must
13368 match exactly; letter fields must correspond to suitable text in
13369 the input.  If this doesn't work, Calc checks if the input is a
13370 simple number; if so, the number is interpreted as a number of days
13371 since Jan 1, 1 AD.  Otherwise, Calc tries a much more relaxed and
13372 flexible algorithm which is described in the next section.
13374 Weekday names are ignored during reading.
13376 Two-digit year numbers are interpreted as lying in the range
13377 from 1941 to 2039.  Years outside that range are always
13378 entered and displayed in full.  Year numbers with a leading
13379 @samp{+} sign are always interpreted exactly, allowing the
13380 entry and display of the years 1 through 99 AD.
13382 Here is a complete list of the formatting codes for dates:
13384 @table @asis
13385 @item Y
13386 Year:  ``91'' for 1991, ``7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13387 @item YY
13388 Year:  ``91'' for 1991, ``07'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13389 @item BY
13390 Year:  ``91'' for 1991, `` 7'' for 2007, ``+23'' for 23 AD.
13391 @item YYY
13392 Year:  ``1991'' for 1991, ``23'' for 23 AD.
13393 @item YYYY
13394 Year:  ``1991'' for 1991, ``+23'' for 23 AD.
13395 @item aa
13396 Year:  ``ad'' or blank.
13397 @item AA
13398 Year:  ``AD'' or blank.
13399 @item aaa
13400 Year:  ``ad '' or blank.  (Note trailing space.)
13401 @item AAA
13402 Year:  ``AD '' or blank.
13403 @item aaaa
13404 Year:  ``a.d.'' or blank.
13405 @item AAAA
13406 Year:  ``A.D.'' or blank.
13407 @item bb
13408 Year:  ``bc'' or blank.
13409 @item BB
13410 Year:  ``BC'' or blank.
13411 @item bbb
13412 Year:  `` bc'' or blank.  (Note leading space.)
13413 @item BBB
13414 Year:  `` BC'' or blank.
13415 @item bbbb
13416 Year:  ``b.c.'' or blank.
13417 @item BBBB
13418 Year:  ``B.C.'' or blank.
13419 @item M
13420 Month:  ``8'' for August.
13421 @item MM
13422 Month:  ``08'' for August.
13423 @item BM
13424 Month:  `` 8'' for August.
13425 @item MMM
13426 Month:  ``AUG'' for August.
13427 @item Mmm
13428 Month:  ``Aug'' for August.
13429 @item mmm
13430 Month:  ``aug'' for August.
13431 @item MMMM
13432 Month:  ``AUGUST'' for August.
13433 @item Mmmm
13434 Month:  ``August'' for August.
13435 @item D
13436 Day:  ``7'' for 7th day of month.
13437 @item DD
13438 Day:  ``07'' for 7th day of month.
13439 @item BD
13440 Day:  `` 7'' for 7th day of month.
13441 @item W
13442 Weekday:  ``0'' for Sunday, ``6'' for Saturday.
13443 @item WWW
13444 Weekday:  ``SUN'' for Sunday.
13445 @item Www
13446 Weekday:  ``Sun'' for Sunday.
13447 @item www
13448 Weekday:  ``sun'' for Sunday.
13449 @item WWWW
13450 Weekday:  ``SUNDAY'' for Sunday.
13451 @item Wwww
13452 Weekday:  ``Sunday'' for Sunday.
13453 @item d
13454 Day of year:  ``34'' for Feb. 3.
13455 @item ddd
13456 Day of year:  ``034'' for Feb. 3.
13457 @item bdd
13458 Day of year:  `` 34'' for Feb. 3.
13459 @item h
13460 Hour:  ``5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13461 @item hh
13462 Hour:  ``05'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13463 @item bh
13464 Hour:  `` 5'' for 5 AM; ``17'' for 5 PM.
13465 @item H
13466 Hour:  ``5'' for 5 AM and 5 PM.
13467 @item HH
13468 Hour:  ``05'' for 5 AM and 5 PM.
13469 @item BH
13470 Hour:  `` 5'' for 5 AM and 5 PM.
13471 @item p
13472 AM/PM:  ``a'' or ``p''.
13473 @item P
13474 AM/PM:  ``A'' or ``P''.
13475 @item pp
13476 AM/PM:  ``am'' or ``pm''.
13477 @item PP
13478 AM/PM:  ``AM'' or ``PM''.
13479 @item pppp
13480 AM/PM:  ``a.m.'' or ``p.m.''.
13481 @item PPPP
13482 AM/PM:  ``A.M.'' or ``P.M.''.
13483 @item m
13484 Minutes:  ``7'' for 7.
13485 @item mm
13486 Minutes:  ``07'' for 7.
13487 @item bm
13488 Minutes:  `` 7'' for 7.
13489 @item s
13490 Seconds:  ``7'' for 7;  ``7.23'' for 7.23.
13491 @item ss
13492 Seconds:  ``07'' for 7;  ``07.23'' for 7.23.
13493 @item bs
13494 Seconds:  `` 7'' for 7;  `` 7.23'' for 7.23.
13495 @item SS
13496 Optional seconds:  ``07'' for 7;  blank for 0.
13497 @item BS
13498 Optional seconds:  `` 7'' for 7;  blank for 0.
13499 @item N
13500 Numeric date/time:  ``726842.25'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13501 @item n
13502 Numeric date:  ``726842'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13503 @item J
13504 Julian date/time:  ``2448265.75'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13505 @item j
13506 Julian date:  ``2448266'' for any time on Wed Jan 9, 1991.
13507 @item U
13508 Unix time:  ``663400800'' for 6:00am Wed Jan 9, 1991.
13509 @item X
13510 Brackets suppression.  An ``X'' at the front of the format
13511 causes the surrounding @w{@samp{< >}} delimiters to be omitted
13512 when formatting dates.  Note that the brackets are still
13513 required for algebraic entry.
13514 @end table
13516 If ``SS'' or ``BS'' (optional seconds) is preceded by a colon, the
13517 colon is also omitted if the seconds part is zero.
13519 If ``bb,'' ``bbb'' or ``bbbb'' or their upper-case equivalents
13520 appear in the format, then negative year numbers are displayed
13521 without a minus sign.  Note that ``aa'' and ``bb'' are mutually
13522 exclusive.  Some typical usages would be @samp{YYYY AABB};
13523 @samp{AAAYYYYBBB}; @samp{YYYYBBB}.
13525 The formats ``YY,'' ``YYYY,'' ``MM,'' ``DD,'' ``ddd,'' ``hh,'' ``HH,''
13526 ``mm,'' ``ss,'' and ``SS'' actually match any number of digits during
13527 reading unless several of these codes are strung together with no
13528 punctuation in between, in which case the input must have exactly as
13529 many digits as there are letters in the format.
13531 The ``j,'' ``J,'' and ``U'' formats do not make any time zone
13532 adjustment.  They effectively use @samp{julian(x,0)} and
13533 @samp{unixtime(x,0)} to make the conversion; @pxref{Date Arithmetic}.
13535 @node Free-Form Dates, Standard Date Formats, Date Formatting Codes, Date Formats
13536 @subsubsection Free-Form Dates
13538 @noindent
13539 When reading a date form during algebraic entry, Calc falls back
13540 on the algorithm described here if the input does not exactly
13541 match the current date format.  This algorithm generally
13542 ``does the right thing'' and you don't have to worry about it,
13543 but it is described here in full detail for the curious.
13545 Calc does not distinguish between upper- and lower-case letters
13546 while interpreting dates.
13548 First, the time portion, if present, is located somewhere in the
13549 text and then removed.  The remaining text is then interpreted as
13550 the date.
13552 A time is of the form @samp{hh:mm:ss}, possibly with the seconds
13553 part omitted and possibly with an AM/PM indicator added to indicate
13554 12-hour time.  If the AM/PM is present, the minutes may also be
13555 omitted.  The AM/PM part may be any of the words @samp{am},
13556 @samp{pm}, @samp{noon}, or @samp{midnight}; each of these may be
13557 abbreviated to one letter, and the alternate forms @samp{a.m.},
13558 @samp{p.m.}, and @samp{mid} are also understood.  Obviously
13559 @samp{noon} and @samp{midnight} are allowed only on 12:00:00.
13560 The words @samp{noon}, @samp{mid}, and @samp{midnight} are also
13561 recognized with no number attached.
13563 If there is no AM/PM indicator, the time is interpreted in 24-hour
13564 format.
13566 To read the date portion, all words and numbers are isolated
13567 from the string; other characters are ignored.  All words must
13568 be either month names or day-of-week names (the latter of which
13569 are ignored).  Names can be written in full or as three-letter
13570 abbreviations.
13572 Large numbers, or numbers with @samp{+} or @samp{-} signs,
13573 are interpreted as years.  If one of the other numbers is
13574 greater than 12, then that must be the day and the remaining
13575 number in the input is therefore the month.  Otherwise, Calc
13576 assumes the month, day and year are in the same order that they
13577 appear in the current date format.  If the year is omitted, the
13578 current year is taken from the system clock.
13580 If there are too many or too few numbers, or any unrecognizable
13581 words, then the input is rejected.
13583 If there are any large numbers (of five digits or more) other than
13584 the year, they are ignored on the assumption that they are something
13585 like Julian dates that were included along with the traditional
13586 date components when the date was formatted.
13588 One of the words @samp{ad}, @samp{a.d.}, @samp{bc}, or @samp{b.c.}
13589 may optionally be used; the latter two are equivalent to a
13590 minus sign on the year value.
13592 If you always enter a four-digit year, and use a name instead
13593 of a number for the month, there is no danger of ambiguity.
13595 @node Standard Date Formats,  , Free-Form Dates, Date Formats
13596 @subsubsection Standard Date Formats
13598 @noindent
13599 There are actually ten standard date formats, numbered 0 through 9.
13600 Entering a blank line at the @kbd{d d} command's prompt gives
13601 you format number 1, Calc's usual format.  You can enter any digit
13602 to select the other formats.
13604 To create your own standard date formats, give a numeric prefix
13605 argument from 0 to 9 to the @w{@kbd{d d}} command.  The format you
13606 enter will be recorded as the new standard format of that
13607 number, as well as becoming the new current date format.
13608 You can save your formats permanently with the @w{@kbd{m m}}
13609 command (@pxref{Mode Settings}).
13611 @table @asis
13612 @item 0
13613 @samp{N}  (Numerical format)
13614 @item 1
13615 @samp{<H:mm:SSpp >Www Mmm D, YYYY}  (American format)
13616 @item 2
13617 @samp{D Mmm YYYY<, h:mm:SS>}  (European format)
13618 @item 3
13619 @samp{Www Mmm BD< hh:mm:ss> YYYY}  (Unix written date format)
13620 @item 4
13621 @samp{M/D/Y< H:mm:SSpp>}  (American slashed format)
13622 @item 5
13623 @samp{D.M.Y< h:mm:SS>}  (European dotted format)
13624 @item 6
13625 @samp{M-D-Y< H:mm:SSpp>}  (American dashed format)
13626 @item 7
13627 @samp{D-M-Y< h:mm:SS>}  (European dashed format)
13628 @item 8
13629 @samp{j<, h:mm:ss>}  (Julian day plus time)
13630 @item 9
13631 @samp{YYddd< hh:mm:ss>}  (Year-day format)
13632 @end table
13634 @node Truncating the Stack, Justification, Date Formats, Display Modes
13635 @subsection Truncating the Stack
13637 @noindent
13638 @kindex d t
13639 @pindex calc-truncate-stack
13640 @cindex Truncating the stack
13641 @cindex Narrowing the stack
13642 The @kbd{d t} (@code{calc-truncate-stack}) command moves the @samp{.}@:
13643 line that marks the top-of-stack up or down in the Calculator buffer.
13644 The number right above that line is considered to the be at the top of
13645 the stack.  Any numbers below that line are ``hidden'' from all stack
13646 operations (although still visible to the user).  This is similar to the
13647 Emacs ``narrowing'' feature, except that the values below the @samp{.}
13648 are @emph{visible}, just temporarily frozen.  This feature allows you to
13649 keep several independent calculations running at once in different parts
13650 of the stack, or to apply a certain command to an element buried deep in
13651 the stack.
13653 Pressing @kbd{d t} by itself moves the @samp{.} to the line the cursor
13654 is on.  Thus, this line and all those below it become hidden.  To un-hide
13655 these lines, move down to the end of the buffer and press @w{@kbd{d t}}.
13656 With a positive numeric prefix argument @expr{n}, @kbd{d t} hides the
13657 bottom @expr{n} values in the buffer.  With a negative argument, it hides
13658 all but the top @expr{n} values.  With an argument of zero, it hides zero
13659 values, i.e., moves the @samp{.} all the way down to the bottom.
13661 @kindex d [
13662 @pindex calc-truncate-up
13663 @kindex d ]
13664 @pindex calc-truncate-down
13665 The @kbd{d [} (@code{calc-truncate-up}) and @kbd{d ]}
13666 (@code{calc-truncate-down}) commands move the @samp{.} up or down one
13667 line at a time (or several lines with a prefix argument).
13669 @node Justification, Labels, Truncating the Stack, Display Modes
13670 @subsection Justification
13672 @noindent
13673 @kindex d <
13674 @pindex calc-left-justify
13675 @kindex d =
13676 @pindex calc-center-justify
13677 @kindex d >
13678 @pindex calc-right-justify
13679 Values on the stack are normally left-justified in the window.  You can
13680 control this arrangement by typing @kbd{d <} (@code{calc-left-justify}),
13681 @kbd{d >} (@code{calc-right-justify}), or @kbd{d =}
13682 (@code{calc-center-justify}).  For example, in Right-Justification mode,
13683 stack entries are displayed flush-right against the right edge of the
13684 window.
13686 If you change the width of the Calculator window you may have to type
13687 @kbd{d @key{SPC}} (@code{calc-refresh}) to re-align right-justified or centered
13688 text.
13690 Right-justification is especially useful together with fixed-point
13691 notation (see @code{d f}; @code{calc-fix-notation}).  With these modes
13692 together, the decimal points on numbers will always line up.
13694 With a numeric prefix argument, the justification commands give you
13695 a little extra control over the display.  The argument specifies the
13696 horizontal ``origin'' of a display line.  It is also possible to
13697 specify a maximum line width using the @kbd{d b} command (@pxref{Normal
13698 Language Modes}).  For reference, the precise rules for formatting and
13699 breaking lines are given below.  Notice that the interaction between
13700 origin and line width is slightly different in each justification
13701 mode.
13703 In Left-Justified mode, the line is indented by a number of spaces
13704 given by the origin (default zero).  If the result is longer than the
13705 maximum line width, if given, or too wide to fit in the Calc window
13706 otherwise, then it is broken into lines which will fit; each broken
13707 line is indented to the origin.
13709 In Right-Justified mode, lines are shifted right so that the rightmost
13710 character is just before the origin, or just before the current
13711 window width if no origin was specified.  If the line is too long
13712 for this, then it is broken; the current line width is used, if
13713 specified, or else the origin is used as a width if that is
13714 specified, or else the line is broken to fit in the window.
13716 In Centering mode, the origin is the column number of the center of
13717 each stack entry.  If a line width is specified, lines will not be
13718 allowed to go past that width; Calc will either indent less or
13719 break the lines if necessary.  If no origin is specified, half the
13720 line width or Calc window width is used.
13722 Note that, in each case, if line numbering is enabled the display
13723 is indented an additional four spaces to make room for the line
13724 number.  The width of the line number is taken into account when
13725 positioning according to the current Calc window width, but not
13726 when positioning by explicit origins and widths.  In the latter
13727 case, the display is formatted as specified, and then uniformly
13728 shifted over four spaces to fit the line numbers.
13730 @node Labels,  , Justification, Display Modes
13731 @subsection Labels
13733 @noindent
13734 @kindex d @{
13735 @pindex calc-left-label
13736 The @kbd{d @{} (@code{calc-left-label}) command prompts for a string,
13737 then displays that string to the left of every stack entry.  If the
13738 entries are left-justified (@pxref{Justification}), then they will
13739 appear immediately after the label (unless you specified an origin
13740 greater than the length of the label).  If the entries are centered
13741 or right-justified, the label appears on the far left and does not
13742 affect the horizontal position of the stack entry.
13744 Give a blank string (with @kbd{d @{ @key{RET}}) to turn the label off.
13746 @kindex d @}
13747 @pindex calc-right-label
13748 The @kbd{d @}} (@code{calc-right-label}) command similarly adds a
13749 label on the righthand side.  It does not affect positioning of
13750 the stack entries unless they are right-justified.  Also, if both
13751 a line width and an origin are given in Right-Justified mode, the
13752 stack entry is justified to the origin and the righthand label is
13753 justified to the line width.
13755 One application of labels would be to add equation numbers to
13756 formulas you are manipulating in Calc and then copying into a
13757 document (possibly using Embedded mode).  The equations would
13758 typically be centered, and the equation numbers would be on the
13759 left or right as you prefer.
13761 @node Language Modes, Modes Variable, Display Modes, Mode Settings
13762 @section Language Modes
13764 @noindent
13765 The commands in this section change Calc to use a different notation for
13766 entry and display of formulas, corresponding to the conventions of some
13767 other common language such as Pascal or La@TeX{}.  Objects displayed on the
13768 stack or yanked from the Calculator to an editing buffer will be formatted
13769 in the current language; objects entered in algebraic entry or yanked from
13770 another buffer will be interpreted according to the current language.
13772 The current language has no effect on things written to or read from the
13773 trail buffer, nor does it affect numeric entry.  Only algebraic entry is
13774 affected.  You can make even algebraic entry ignore the current language
13775 and use the standard notation by giving a numeric prefix, e.g., @kbd{C-u '}.
13777 For example, suppose the formula @samp{2*a[1] + atan(a[2])} occurs in a C
13778 program; elsewhere in the program you need the derivatives of this formula
13779 with respect to @samp{a[1]} and @samp{a[2]}.  First, type @kbd{d C}
13780 to switch to C notation.  Now use @code{C-u C-x * g} to grab the formula
13781 into the Calculator, @kbd{a d a[1] @key{RET}} to differentiate with respect
13782 to the first variable, and @kbd{C-x * y} to yank the formula for the derivative
13783 back into your C program.  Press @kbd{U} to undo the differentiation and
13784 repeat with @kbd{a d a[2] @key{RET}} for the other derivative.
13786 Without being switched into C mode first, Calc would have misinterpreted
13787 the brackets in @samp{a[1]} and @samp{a[2]}, would not have known that
13788 @code{atan} was equivalent to Calc's built-in @code{arctan} function,
13789 and would have written the formula back with notations (like implicit
13790 multiplication) which would not have been valid for a C program.
13792 As another example, suppose you are maintaining a C program and a La@TeX{}
13793 document, each of which needs a copy of the same formula.  You can grab the
13794 formula from the program in C mode, switch to La@TeX{} mode, and yank the
13795 formula into the document in La@TeX{} math-mode format.
13797 Language modes are selected by typing the letter @kbd{d} followed by a
13798 shifted letter key.
13800 @menu
13801 * Normal Language Modes::
13802 * C FORTRAN Pascal::
13803 * TeX and LaTeX Language Modes::
13804 * Eqn Language Mode::
13805 * Mathematica Language Mode::
13806 * Maple Language Mode::
13807 * Compositions::
13808 * Syntax Tables::
13809 @end menu
13811 @node Normal Language Modes, C FORTRAN Pascal, Language Modes, Language Modes
13812 @subsection Normal Language Modes
13814 @noindent
13815 @kindex d N
13816 @pindex calc-normal-language
13817 The @kbd{d N} (@code{calc-normal-language}) command selects the usual
13818 notation for Calc formulas, as described in the rest of this manual.
13819 Matrices are displayed in a multi-line tabular format, but all other
13820 objects are written in linear form, as they would be typed from the
13821 keyboard.
13823 @kindex d O
13824 @pindex calc-flat-language
13825 @cindex Matrix display
13826 The @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) command selects a language
13827 identical with the normal one, except that matrices are written in
13828 one-line form along with everything else.  In some applications this
13829 form may be more suitable for yanking data into other buffers.
13831 @kindex d b
13832 @pindex calc-line-breaking
13833 @cindex Line breaking
13834 @cindex Breaking up long lines
13835 Even in one-line mode, long formulas or vectors will still be split
13836 across multiple lines if they exceed the width of the Calculator window.
13837 The @kbd{d b} (@code{calc-line-breaking}) command turns this line-breaking
13838 feature on and off.  (It works independently of the current language.)
13839 If you give a numeric prefix argument of five or greater to the @kbd{d b}
13840 command, that argument will specify the line width used when breaking
13841 long lines.
13843 @kindex d B
13844 @pindex calc-big-language
13845 The @kbd{d B} (@code{calc-big-language}) command selects a language
13846 which uses textual approximations to various mathematical notations,
13847 such as powers, quotients, and square roots:
13849 @example
13850   ____________
13851  | a + 1    2
13852  | ----- + c
13853 \|   b
13854 @end example
13856 @noindent
13857 in place of @samp{sqrt((a+1)/b + c^2)}.
13859 Subscripts like @samp{a_i} are displayed as actual subscripts in Big
13860 mode.  Double subscripts, @samp{a_i_j} (@samp{subscr(subscr(a, i), j)})
13861 are displayed as @samp{a} with subscripts separated by commas:
13862 @samp{i, j}.  They must still be entered in the usual underscore
13863 notation.
13865 One slight ambiguity of Big notation is that
13867 @example
13868   3
13869 - -
13870   4
13871 @end example
13873 @noindent
13874 can represent either the negative rational number @expr{-3:4}, or the
13875 actual expression @samp{-(3/4)}; but the latter formula would normally
13876 never be displayed because it would immediately be evaluated to
13877 @expr{-3:4} or @expr{-0.75}, so this ambiguity is not a problem in
13878 typical use.
13880 Non-decimal numbers are displayed with subscripts.  Thus there is no
13881 way to tell the difference between @samp{16#C2} and @samp{C2_16},
13882 though generally you will know which interpretation is correct.
13883 Logarithms @samp{log(x,b)} and @samp{log10(x)} also use subscripts
13884 in Big mode.
13886 In Big mode, stack entries often take up several lines.  To aid
13887 readability, stack entries are separated by a blank line in this mode.
13888 You may find it useful to expand the Calc window's height using
13889 @kbd{C-x ^} (@code{enlarge-window}) or to make the Calc window the only
13890 one on the screen with @kbd{C-x 1} (@code{delete-other-windows}).
13892 Long lines are currently not rearranged to fit the window width in
13893 Big mode, so you may need to use the @kbd{<} and @kbd{>} keys
13894 to scroll across a wide formula.  For really big formulas, you may
13895 even need to use @kbd{@{} and @kbd{@}} to scroll up and down.
13897 @kindex d U
13898 @pindex calc-unformatted-language
13899 The @kbd{d U} (@code{calc-unformatted-language}) command altogether disables
13900 the use of operator notation in formulas.  In this mode, the formula
13901 shown above would be displayed:
13903 @example
13904 sqrt(add(div(add(a, 1), b), pow(c, 2)))
13905 @end example
13907 These four modes differ only in display format, not in the format
13908 expected for algebraic entry.  The standard Calc operators work in
13909 all four modes, and unformatted notation works in any language mode
13910 (except that Mathematica mode expects square brackets instead of
13911 parentheses).
13913 @node C FORTRAN Pascal, TeX and LaTeX Language Modes, Normal Language Modes, Language Modes
13914 @subsection C, FORTRAN, and Pascal Modes
13916 @noindent
13917 @kindex d C
13918 @pindex calc-c-language
13919 @cindex C language
13920 The @kbd{d C} (@code{calc-c-language}) command selects the conventions
13921 of the C language for display and entry of formulas.  This differs from
13922 the normal language mode in a variety of (mostly minor) ways.  In
13923 particular, C language operators and operator precedences are used in
13924 place of Calc's usual ones.  For example, @samp{a^b} means @samp{xor(a,b)}
13925 in C mode; a value raised to a power is written as a function call,
13926 @samp{pow(a,b)}.
13928 In C mode, vectors and matrices use curly braces instead of brackets.
13929 Octal and hexadecimal values are written with leading @samp{0} or @samp{0x}
13930 rather than using the @samp{#} symbol.  Array subscripting is
13931 translated into @code{subscr} calls, so that @samp{a[i]} in C
13932 mode is the same as @samp{a_i} in Normal mode.  Assignments
13933 turn into the @code{assign} function, which Calc normally displays
13934 using the @samp{:=} symbol.
13936 The variables @code{pi} and @code{e} would be displayed @samp{pi}
13937 and @samp{e} in Normal mode, but in C mode they are displayed as
13938 @samp{M_PI} and @samp{M_E}, corresponding to the names of constants
13939 typically provided in the @file{<math.h>} header.  Functions whose
13940 names are different in C are translated automatically for entry and
13941 display purposes.  For example, entering @samp{asin(x)} will push the
13942 formula @samp{arcsin(x)} onto the stack; this formula will be displayed
13943 as @samp{asin(x)} as long as C mode is in effect.
13945 @kindex d P
13946 @pindex calc-pascal-language
13947 @cindex Pascal language
13948 The @kbd{d P} (@code{calc-pascal-language}) command selects Pascal
13949 conventions.  Like C mode, Pascal mode interprets array brackets and uses
13950 a different table of operators.  Hexadecimal numbers are entered and
13951 displayed with a preceding dollar sign.  (Thus the regular meaning of
13952 @kbd{$2} during algebraic entry does not work in Pascal mode, though
13953 @kbd{$} (and @kbd{$$}, etc.) not followed by digits works the same as
13954 always.)  No special provisions are made for other non-decimal numbers,
13955 vectors, and so on, since there is no universally accepted standard way
13956 of handling these in Pascal.
13958 @kindex d F
13959 @pindex calc-fortran-language
13960 @cindex FORTRAN language
13961 The @kbd{d F} (@code{calc-fortran-language}) command selects FORTRAN
13962 conventions.  Various function names are transformed into FORTRAN
13963 equivalents.  Vectors are written as @samp{/1, 2, 3/}, and may be
13964 entered this way or using square brackets.  Since FORTRAN uses round
13965 parentheses for both function calls and array subscripts, Calc displays
13966 both in the same way; @samp{a(i)} is interpreted as a function call
13967 upon reading, and subscripts must be entered as @samp{subscr(a, i)}.
13968 Also, if the variable @code{a} has been declared to have type
13969 @code{vector} or @code{matrix} then @samp{a(i)} will be parsed as a
13970 subscript.  (@xref{Declarations}.)  Usually it doesn't matter, though;
13971 if you enter the subscript expression @samp{a(i)} and Calc interprets
13972 it as a function call, you'll never know the difference unless you
13973 switch to another language mode or replace @code{a} with an actual
13974 vector (or unless @code{a} happens to be the name of a built-in
13975 function!).
13977 Underscores are allowed in variable and function names in all of these
13978 language modes.  The underscore here is equivalent to the @samp{#} in
13979 Normal mode, or to hyphens in the underlying Emacs Lisp variable names.
13981 FORTRAN and Pascal modes normally do not adjust the case of letters in
13982 formulas.  Most built-in Calc names use lower-case letters.  If you use a
13983 positive numeric prefix argument with @kbd{d P} or @kbd{d F}, these
13984 modes will use upper-case letters exclusively for display, and will
13985 convert to lower-case on input.  With a negative prefix, these modes
13986 convert to lower-case for display and input.
13988 @node TeX and LaTeX Language Modes, Eqn Language Mode, C FORTRAN Pascal, Language Modes
13989 @subsection @TeX{} and La@TeX{} Language Modes
13991 @noindent
13992 @kindex d T
13993 @pindex calc-tex-language
13994 @cindex TeX language
13995 @kindex d L
13996 @pindex calc-latex-language
13997 @cindex LaTeX language
13998 The @kbd{d T} (@code{calc-tex-language}) command selects the conventions
13999 of ``math mode'' in Donald Knuth's @TeX{} typesetting language,
14000 and the @kbd{d L} (@code{calc-latex-language}) command selects the
14001 conventions of ``math mode'' in La@TeX{}, a typesetting language that
14002 uses @TeX{} as its formatting engine.  Calc's La@TeX{} language mode can
14003 read any formula that the @TeX{} language mode can, although La@TeX{}
14004 mode may display it differently.
14006 Formulas are entered and displayed in the appropriate notation;
14007 @texline @math{\sin(a/b)}
14008 @infoline @expr{sin(a/b)}
14009 will appear as @samp{\sin\left( @{a \over b@} \right)} in @TeX{} mode and
14010 @samp{\sin\left(\frac@{a@}@{b@}\right)} in La@TeX{} mode.
14011 Math formulas are often enclosed by @samp{$ $} signs in @TeX{} and
14012 La@TeX{}; these should be omitted when interfacing with Calc.  To Calc,
14013 the @samp{$} sign has the same meaning it always does in algebraic
14014 formulas (a reference to an existing entry on the stack).
14016 Complex numbers are displayed as in @samp{3 + 4i}.  Fractions and
14017 quotients are written using @code{\over} in @TeX{} mode (as in 
14018 @code{@{a \over b@}}) and @code{\frac} in La@TeX{} mode (as in
14019 @code{\frac@{a@}@{b@}});  binomial coefficients are written with
14020 @code{\choose} in @TeX{} mode (as in @code{@{a \choose b@}}) and
14021 @code{\binom} in La@TeX{} mode (as in @code{\binom@{a@}@{b@}}).
14022 Interval forms are written with @code{\ldots}, and error forms are
14023 written with @code{\pm}. Absolute values are written as in 
14024 @samp{|x + 1|}, and the floor and ceiling functions are written with
14025 @code{\lfloor}, @code{\rfloor}, etc. The words @code{\left} and
14026 @code{\right} are ignored when reading formulas in @TeX{} and La@TeX{}
14027 modes.  Both @code{inf} and @code{uinf} are written as @code{\infty};
14028 when read, @code{\infty} always translates to @code{inf}.
14030 Function calls are written the usual way, with the function name followed
14031 by the arguments in parentheses.  However, functions for which @TeX{}
14032 and La@TeX{} have special names (like @code{\sin}) will use curly braces
14033 instead of parentheses for very simple arguments.  During input, curly
14034 braces and parentheses work equally well for grouping, but when the
14035 document is formatted the curly braces will be invisible.  Thus the
14036 printed result is 
14037 @texline @math{\sin{2 x}}
14038 @infoline @expr{sin 2x} 
14039 but 
14040 @texline @math{\sin(2 + x)}.
14041 @infoline @expr{sin(2 + x)}.
14043 Function and variable names not treated specially by @TeX{} and La@TeX{}
14044 are simply written out as-is, which will cause them to come out in
14045 italic letters in the printed document.  If you invoke @kbd{d T} or
14046 @kbd{d L} with a positive numeric prefix argument, names of more than
14047 one character will instead be enclosed in a protective commands that
14048 will prevent them from being typeset in the math italics; they will be
14049 written @samp{\hbox@{@var{name}@}} in @TeX{} mode and 
14050 @samp{\text@{@var{name}@}} in La@TeX{} mode.  The
14051 @samp{\hbox@{ @}} and @samp{\text@{ @}} notations are ignored during
14052 reading.  If you use a negative prefix argument, such function names are
14053 written @samp{\@var{name}}, and function names that begin with @code{\} during
14054 reading have the @code{\} removed.  (Note that in this mode, long
14055 variable names are still written with @code{\hbox} or @code{\text}.
14056 However, you can always make an actual variable name like @code{\bar} in
14057 any @TeX{} mode.)
14059 During reading, text of the form @samp{\matrix@{ ...@: @}} is replaced
14060 by @samp{[ ...@: ]}.  The same also applies to @code{\pmatrix} and
14061 @code{\bmatrix}.  In La@TeX{} mode this also applies to 
14062 @samp{\begin@{matrix@} ... \end@{matrix@}},
14063 @samp{\begin@{bmatrix@} ... \end@{bmatrix@}},
14064 @samp{\begin@{pmatrix@} ... \end@{pmatrix@}}, as well as
14065 @samp{\begin@{smallmatrix@} ... \end@{smallmatrix@}}.
14066 The symbol @samp{&} is interpreted as a comma,
14067 and the symbols @samp{\cr} and @samp{\\} are interpreted as semicolons.
14068 During output, matrices are displayed in @samp{\matrix@{ a & b \\ c & d@}}
14069 format in @TeX{} mode and in 
14070 @samp{\begin@{pmatrix@} a & b \\ c & d \end@{pmatrix@}} format in
14071 La@TeX{} mode; you may need to edit this afterwards to change to your
14072 preferred matrix form.  If you invoke @kbd{d T} or @kbd{d L} with an
14073 argument of 2 or -2, then matrices will be displayed in two-dimensional
14074 form, such as 
14076 @example
14077 \begin@{pmatrix@}
14078 a & b \\
14079 c & d
14080 \end@{pmatrix@}
14081 @end example
14083 @noindent
14084 This may be convenient for isolated matrices, but could lead to
14085 expressions being displayed like
14087 @example
14088 \begin@{pmatrix@} \times x
14089 a & b \\
14090 c & d
14091 \end@{pmatrix@}
14092 @end example
14094 @noindent
14095 While this wouldn't bother Calc, it is incorrect La@TeX{}.
14096 (Similarly for @TeX{}.)
14098 Accents like @code{\tilde} and @code{\bar} translate into function
14099 calls internally (@samp{tilde(x)}, @samp{bar(x)}).  The @code{\underline}
14100 sequence is treated as an accent.  The @code{\vec} accent corresponds
14101 to the function name @code{Vec}, because @code{vec} is the name of
14102 a built-in Calc function.  The following table shows the accents
14103 in Calc, @TeX{}, La@TeX{} and @dfn{eqn} (described in the next section):
14105 @iftex
14106 @begingroup
14107 @let@calcindexershow=@calcindexernoshow  @c Suppress marginal notes
14108 @let@calcindexersh=@calcindexernoshow
14109 @end iftex
14110 @ignore
14111 @starindex
14112 @end ignore
14113 @tindex acute
14114 @ignore
14115 @starindex
14116 @end ignore
14117 @tindex Acute
14118 @ignore
14119 @starindex
14120 @end ignore
14121 @tindex bar
14122 @ignore
14123 @starindex
14124 @end ignore
14125 @tindex Bar
14126 @ignore
14127 @starindex
14128 @end ignore
14129 @tindex breve
14130 @ignore
14131 @starindex
14132 @end ignore
14133 @tindex Breve
14134 @ignore
14135 @starindex
14136 @end ignore
14137 @tindex check
14138 @ignore
14139 @starindex
14140 @end ignore
14141 @tindex Check
14142 @ignore
14143 @starindex
14144 @end ignore
14145 @tindex dddot
14146 @ignore
14147 @starindex
14148 @end ignore
14149 @tindex ddddot
14150 @ignore
14151 @starindex
14152 @end ignore
14153 @tindex dot
14154 @ignore
14155 @starindex
14156 @end ignore
14157 @tindex Dot
14158 @ignore
14159 @starindex
14160 @end ignore
14161 @tindex dotdot
14162 @ignore
14163 @starindex
14164 @end ignore
14165 @tindex DotDot
14166 @ignore
14167 @starindex
14168 @end ignore
14169 @tindex dyad
14170 @ignore
14171 @starindex
14172 @end ignore
14173 @tindex grave
14174 @ignore
14175 @starindex
14176 @end ignore
14177 @tindex Grave
14178 @ignore
14179 @starindex
14180 @end ignore
14181 @tindex hat
14182 @ignore
14183 @starindex
14184 @end ignore
14185 @tindex Hat
14186 @ignore
14187 @starindex
14188 @end ignore
14189 @tindex Prime
14190 @ignore
14191 @starindex
14192 @end ignore
14193 @tindex tilde
14194 @ignore
14195 @starindex
14196 @end ignore
14197 @tindex Tilde
14198 @ignore
14199 @starindex
14200 @end ignore
14201 @tindex under
14202 @ignore
14203 @starindex
14204 @end ignore
14205 @tindex Vec
14206 @ignore
14207 @starindex
14208 @end ignore
14209 @tindex VEC
14210 @iftex
14211 @endgroup
14212 @end iftex
14213 @example
14214 Calc      TeX           LaTeX         eqn
14215 ----      ---           -----         ---
14216 acute     \acute        \acute        
14217 Acute                   \Acute        
14218 bar       \bar          \bar          bar
14219 Bar                     \Bar
14220 breve     \breve        \breve        
14221 Breve                   \Breve        
14222 check     \check        \check        
14223 Check                   \Check        
14224 dddot                   \dddot
14225 ddddot                  \ddddot
14226 dot       \dot          \dot          dot
14227 Dot                     \Dot
14228 dotdot    \ddot         \ddot         dotdot
14229 DotDot                  \Ddot         
14230 dyad                                  dyad
14231 grave     \grave        \grave        
14232 Grave                   \Grave        
14233 hat       \hat          \hat          hat
14234 Hat                     \Hat          
14235 Prime                                 prime
14236 tilde     \tilde        \tilde        tilde
14237 Tilde                   \Tilde
14238 under     \underline    \underline    under
14239 Vec       \vec          \vec          vec
14240 VEC                     \Vec
14241 @end example
14243 The @samp{=>} (evaluates-to) operator appears as a @code{\to} symbol:
14244 @samp{@{@var{a} \to @var{b}@}}.  @TeX{} defines @code{\to} as an
14245 alias for @code{\rightarrow}.  However, if the @samp{=>} is the
14246 top-level expression being formatted, a slightly different notation
14247 is used:  @samp{\evalto @var{a} \to @var{b}}.  The @code{\evalto}
14248 word is ignored by Calc's input routines, and is undefined in @TeX{}.
14249 You will typically want to include one of the following definitions
14250 at the top of a @TeX{} file that uses @code{\evalto}:
14252 @example
14253 \def\evalto@{@}
14254 \def\evalto#1\to@{@}
14255 @end example
14257 The first definition formats evaluates-to operators in the usual
14258 way.  The second causes only the @var{b} part to appear in the
14259 printed document; the @var{a} part and the arrow are hidden.
14260 Another definition you may wish to use is @samp{\let\to=\Rightarrow}
14261 which causes @code{\to} to appear more like Calc's @samp{=>} symbol.
14262 @xref{Evaluates-To Operator}, for a discussion of @code{evalto}.
14264 The complete set of @TeX{} control sequences that are ignored during
14265 reading is:
14267 @example
14268 \hbox  \mbox  \text  \left  \right
14269 \,  \>  \:  \;  \!  \quad  \qquad  \hfil  \hfill
14270 \displaystyle  \textstyle  \dsize  \tsize
14271 \scriptstyle  \scriptscriptstyle  \ssize  \ssize
14272 \rm  \bf  \it  \sl  \roman  \bold  \italic  \slanted
14273 \cal  \mit  \Cal  \Bbb  \frak  \goth
14274 \evalto
14275 @end example
14277 Note that, because these symbols are ignored, reading a @TeX{} or
14278 La@TeX{} formula into Calc and writing it back out may lose spacing and
14279 font information. 
14281 Also, the ``discretionary multiplication sign'' @samp{\*} is read
14282 the same as @samp{*}.
14284 @ifnottex
14285 The @TeX{} version of this manual includes some printed examples at the
14286 end of this section.
14287 @end ifnottex
14288 @iftex
14289 Here are some examples of how various Calc formulas are formatted in @TeX{}:
14291 @example
14292 @group
14293 sin(a^2 / b_i)
14294 \sin\left( {a^2 \over b_i} \right)
14295 @end group
14296 @end example
14297 @tex
14298 $$ \sin\left( a^2 \over b_i \right) $$
14299 @end tex
14300 @sp 1
14302 @example
14303 @group
14304 [(3, 4), 3:4, 3 +/- 4, [3 .. inf)]
14305 [3 + 4i, @{3 \over 4@}, 3 \pm 4, [3 \ldots \infty)]
14306 @end group
14307 @end example
14308 @tex
14309 \turnoffactive
14310 $$ [3 + 4i, {3 \over 4}, 3 \pm 4, [ 3 \ldots \infty)] $$
14311 @end tex
14312 @sp 1
14314 @example
14315 @group
14316 [abs(a), abs(a / b), floor(a), ceil(a / b)]
14317 [|a|, \left| a \over b \right|,
14318  \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil]
14319 @end group
14320 @end example
14321 @tex
14322 $$ [|a|, \left| a \over b \right|,
14323     \lfloor a \rfloor, \left\lceil a \over b \right\rceil] $$
14324 @end tex
14325 @sp 1
14327 @example
14328 @group
14329 [sin(a), sin(2 a), sin(2 + a), sin(a / b)]
14330 [\sin@{a@}, \sin@{2 a@}, \sin(2 + a),
14331  \sin\left( @{a \over b@} \right)]
14332 @end group
14333 @end example
14334 @tex
14335 \turnoffactive
14336 $$ [\sin{a}, \sin{2 a}, \sin(2 + a), \sin\left( {a \over b} \right)] $$
14337 @end tex
14338 @sp 2
14340 First with plain @kbd{d T}, then with @kbd{C-u d T}, then finally with
14341 @kbd{C-u - d T} (using the example definition
14342 @samp{\def\foo#1@{\tilde F(#1)@}}:
14344 @example
14345 @group
14346 [f(a), foo(bar), sin(pi)]
14347 [f(a), foo(bar), \sin{\pi}]
14348 [f(a), \hbox@{foo@}(\hbox@{bar@}), \sin@{\pi@}]
14349 [f(a), \foo@{\hbox@{bar@}@}, \sin@{\pi@}]
14350 @end group
14351 @end example
14352 @tex
14353 $$ [f(a), foo(bar), \sin{\pi}] $$
14354 $$ [f(a), \hbox{foo}(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14355 $$ [f(a), \tilde F(\hbox{bar}), \sin{\pi}] $$
14356 @end tex
14357 @sp 2
14359 First with @samp{\def\evalto@{@}}, then with @samp{\def\evalto#1\to@{@}}:
14361 @example
14362 @group
14363 2 + 3 => 5
14364 \evalto 2 + 3 \to 5
14365 @end group
14366 @end example
14367 @tex
14368 \turnoffactive
14369 $$ 2 + 3 \to 5 $$
14370 $$ 5 $$
14371 @end tex
14372 @sp 2
14374 First with standard @code{\to}, then with @samp{\let\to\Rightarrow}:
14376 @example
14377 @group
14378 [2 + 3 => 5, a / 2 => (b + c) / 2]
14379 [@{2 + 3 \to 5@}, @{@{a \over 2@} \to @{b + c \over 2@}@}]
14380 @end group
14381 @end example
14382 @tex
14383 \turnoffactive
14384 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$
14385 {\let\to\Rightarrow
14386 $$ [{2 + 3 \to 5}, {{a \over 2} \to {b + c \over 2}}] $$}
14387 @end tex
14388 @sp 2
14390 Matrices normally, then changing @code{\matrix} to @code{\pmatrix}:
14392 @example
14393 @group
14394 [ [ a / b, 0 ], [ 0, 2^(x + 1) ] ]
14395 \matrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14396 \pmatrix@{ @{a \over b@} & 0 \\ 0 & 2^@{(x + 1)@} @}
14397 @end group
14398 @end example
14399 @tex
14400 \turnoffactive
14401 $$ \matrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14402 $$ \pmatrix{ {a \over b} & 0 \cr 0 & 2^{(x + 1)} } $$
14403 @end tex
14404 @sp 2
14405 @end iftex
14407 @node Eqn Language Mode, Mathematica Language Mode, TeX and LaTeX Language Modes, Language Modes
14408 @subsection Eqn Language Mode
14410 @noindent
14411 @kindex d E
14412 @pindex calc-eqn-language
14413 @dfn{Eqn} is another popular formatter for math formulas.  It is
14414 designed for use with the TROFF text formatter, and comes standard
14415 with many versions of Unix.  The @kbd{d E} (@code{calc-eqn-language})
14416 command selects @dfn{eqn} notation.
14418 The @dfn{eqn} language's main idiosyncrasy is that whitespace plays
14419 a significant part in the parsing of the language.  For example,
14420 @samp{sqrt x+1 + y} treats @samp{x+1} as the argument of the
14421 @code{sqrt} operator.  @dfn{Eqn} also understands more conventional
14422 grouping using curly braces:  @samp{sqrt@{x+1@} + y}.  Braces are
14423 required only when the argument contains spaces.
14425 In Calc's @dfn{eqn} mode, however, curly braces are required to
14426 delimit arguments of operators like @code{sqrt}.  The first of the
14427 above examples would treat only the @samp{x} as the argument of
14428 @code{sqrt}, and in fact @samp{sin x+1} would be interpreted as
14429 @samp{sin * x + 1}, because @code{sin} is not a special operator
14430 in the @dfn{eqn} language.  If you always surround the argument
14431 with curly braces, Calc will never misunderstand.
14433 Calc also understands parentheses as grouping characters.  Another
14434 peculiarity of @dfn{eqn}'s syntax makes it advisable to separate
14435 words with spaces from any surrounding characters that aren't curly
14436 braces, so Calc writes @samp{sin ( x + y )} in @dfn{eqn} mode.
14437 (The spaces around @code{sin} are important to make @dfn{eqn}
14438 recognize that @code{sin} should be typeset in a roman font, and
14439 the spaces around @code{x} and @code{y} are a good idea just in
14440 case the @dfn{eqn} document has defined special meanings for these
14441 names, too.)
14443 Powers and subscripts are written with the @code{sub} and @code{sup}
14444 operators, respectively.  Note that the caret symbol @samp{^} is
14445 treated the same as a space in @dfn{eqn} mode, as is the @samp{~}
14446 symbol (these are used to introduce spaces of various widths into
14447 the typeset output of @dfn{eqn}).
14449 As in La@TeX{} mode, Calc's formatter omits parentheses around the
14450 arguments of functions like @code{ln} and @code{sin} if they are
14451 ``simple-looking''; in this case Calc surrounds the argument with
14452 braces, separated by a @samp{~} from the function name: @samp{sin~@{x@}}.
14454 Font change codes (like @samp{roman @var{x}}) and positioning codes
14455 (like @samp{~} and @samp{down @var{n} @var{x}}) are ignored by the
14456 @dfn{eqn} reader.  Also ignored are the words @code{left}, @code{right},
14457 @code{mark}, and @code{lineup}.  Quotation marks in @dfn{eqn} mode input
14458 are treated the same as curly braces: @samp{sqrt "1+x"} is equivalent to
14459 @samp{sqrt @{1+x@}}; this is only an approximation to the true meaning
14460 of quotes in @dfn{eqn}, but it is good enough for most uses.
14462 Accent codes (@samp{@var{x} dot}) are handled by treating them as
14463 function calls (@samp{dot(@var{x})}) internally.  
14464 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a table of these accent
14465 functions.  The @code{prime} accent is treated specially if it occurs on
14466 a variable or function name: @samp{f prime prime @w{( x prime )}} is
14467 stored internally as @samp{f'@w{'}(x')}.  For example, taking the
14468 derivative of @samp{f(2 x)} with @kbd{a d x} will produce @samp{2 f'(2
14469 x)}, which @dfn{eqn} mode will display as @samp{2 f prime ( 2 x )}.
14471 Assignments are written with the @samp{<-} (left-arrow) symbol,
14472 and @code{evalto} operators are written with @samp{->} or
14473 @samp{evalto ... ->} (@pxref{TeX and LaTeX Language Modes}, for a discussion
14474 of this).  The regular Calc symbols @samp{:=} and @samp{=>} are also
14475 recognized for these operators during reading.
14477 Vectors in @dfn{eqn} mode use regular Calc square brackets, but
14478 matrices are formatted as @samp{matrix @{ ccol @{ a above b @} ... @}}.
14479 The words @code{lcol} and @code{rcol} are recognized as synonyms
14480 for @code{ccol} during input, and are generated instead of @code{ccol}
14481 if the matrix justification mode so specifies.
14483 @node Mathematica Language Mode, Maple Language Mode, Eqn Language Mode, Language Modes
14484 @subsection Mathematica Language Mode
14486 @noindent
14487 @kindex d M
14488 @pindex calc-mathematica-language
14489 @cindex Mathematica language
14490 The @kbd{d M} (@code{calc-mathematica-language}) command selects the
14491 conventions of Mathematica.  Notable differences in Mathematica mode
14492 are that the names of built-in functions are capitalized, and function
14493 calls use square brackets instead of parentheses.  Thus the Calc
14494 formula @samp{sin(2 x)} is entered and displayed @w{@samp{Sin[2 x]}} in
14495 Mathematica mode.
14497 Vectors and matrices use curly braces in Mathematica.  Complex numbers
14498 are written @samp{3 + 4 I}.  The standard special constants in Calc are
14499 written @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, @code{GoldenRatio}, @code{EulerGamma},
14500 @code{Infinity}, @code{ComplexInfinity}, and @code{Indeterminate} in
14501 Mathematica mode.
14502 Non-decimal numbers are written, e.g., @samp{16^^7fff}.  Floating-point
14503 numbers in scientific notation are written @samp{1.23*10.^3}.
14504 Subscripts use double square brackets: @samp{a[[i]]}.
14506 @node Maple Language Mode, Compositions, Mathematica Language Mode, Language Modes
14507 @subsection Maple Language Mode
14509 @noindent
14510 @kindex d W
14511 @pindex calc-maple-language
14512 @cindex Maple language
14513 The @kbd{d W} (@code{calc-maple-language}) command selects the
14514 conventions of Maple.
14516 Maple's language is much like C.  Underscores are allowed in symbol
14517 names; square brackets are used for subscripts; explicit @samp{*}s for
14518 multiplications are required.  Use either @samp{^} or @samp{**} to
14519 denote powers.
14521 Maple uses square brackets for lists and curly braces for sets.  Calc
14522 interprets both notations as vectors, and displays vectors with square
14523 brackets.  This means Maple sets will be converted to lists when they
14524 pass through Calc.  As a special case, matrices are written as calls
14525 to the function @code{matrix}, given a list of lists as the argument,
14526 and can be read in this form or with all-capitals @code{MATRIX}.
14528 The Maple interval notation @samp{2 .. 3} has no surrounding brackets;
14529 Calc reads @samp{2 .. 3} as the closed interval @samp{[2 .. 3]}, and
14530 writes any kind of interval as @samp{2 .. 3}.  This means you cannot
14531 see the difference between an open and a closed interval while in
14532 Maple display mode.
14534 Maple writes complex numbers as @samp{3 + 4*I}.  Its special constants
14535 are @code{Pi}, @code{E}, @code{I}, and @code{infinity} (all three of
14536 @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} display as @code{infinity}).
14537 Floating-point numbers are written @samp{1.23*10.^3}.
14539 Among things not currently handled by Calc's Maple mode are the
14540 various quote symbols, procedures and functional operators, and
14541 inert (@samp{&}) operators.
14543 @node Compositions, Syntax Tables, Maple Language Mode, Language Modes
14544 @subsection Compositions
14546 @noindent
14547 @cindex Compositions
14548 There are several @dfn{composition functions} which allow you to get
14549 displays in a variety of formats similar to those in Big language
14550 mode.  Most of these functions do not evaluate to anything; they are
14551 placeholders which are left in symbolic form by Calc's evaluator but
14552 are recognized by Calc's display formatting routines.
14554 Two of these, @code{string} and @code{bstring}, are described elsewhere.
14555 @xref{Strings}.  For example, @samp{string("ABC")} is displayed as
14556 @samp{ABC}.  When viewed on the stack it will be indistinguishable from
14557 the variable @code{ABC}, but internally it will be stored as
14558 @samp{string([65, 66, 67])} and can still be manipulated this way; for
14559 example, the selection and vector commands @kbd{j 1 v v j u} would
14560 select the vector portion of this object and reverse the elements, then
14561 deselect to reveal a string whose characters had been reversed.
14563 The composition functions do the same thing in all language modes
14564 (although their components will of course be formatted in the current
14565 language mode).  The one exception is Unformatted mode (@kbd{d U}),
14566 which does not give the composition functions any special treatment.
14567 The functions are discussed here because of their relationship to
14568 the language modes.
14570 @menu
14571 * Composition Basics::
14572 * Horizontal Compositions::
14573 * Vertical Compositions::
14574 * Other Compositions::
14575 * Information about Compositions::
14576 * User-Defined Compositions::
14577 @end menu
14579 @node Composition Basics, Horizontal Compositions, Compositions, Compositions
14580 @subsubsection Composition Basics
14582 @noindent
14583 Compositions are generally formed by stacking formulas together
14584 horizontally or vertically in various ways.  Those formulas are
14585 themselves compositions.  @TeX{} users will find this analogous
14586 to @TeX{}'s ``boxes.''  Each multi-line composition has a
14587 @dfn{baseline}; horizontal compositions use the baselines to
14588 decide how formulas should be positioned relative to one another.
14589 For example, in the Big mode formula
14591 @example
14592 @group
14593           2
14594      a + b
14595 17 + ------
14596        c
14597 @end group
14598 @end example
14600 @noindent
14601 the second term of the sum is four lines tall and has line three as
14602 its baseline.  Thus when the term is combined with 17, line three
14603 is placed on the same level as the baseline of 17.
14605 @tex
14606 \bigskip
14607 @end tex
14609 Another important composition concept is @dfn{precedence}.  This is
14610 an integer that represents the binding strength of various operators.
14611 For example, @samp{*} has higher precedence (195) than @samp{+} (180),
14612 which means that @samp{(a * b) + c} will be formatted without the
14613 parentheses, but @samp{a * (b + c)} will keep the parentheses.
14615 The operator table used by normal and Big language modes has the
14616 following precedences:
14618 @example
14619 _     1200    @r{(subscripts)}
14620 %     1100    @r{(as in n}%@r{)}
14621 !     1000    @r{(as in }!@r{n)}
14622 mod    400
14623 +/-    300
14624 !!     210    @r{(as in n}!!@r{)}
14625 !      210    @r{(as in n}!@r{)}
14626 ^      200
14627 -      197    @r{(as in }-@r{n)}
14628 *      195    @r{(or implicit multiplication)}
14629 / % \  190
14630 + -    180    @r{(as in a}+@r{b)}
14631 |      170
14632 < =    160    @r{(and other relations)}
14633 &&     110
14634 ||     100
14635 ? :     90
14636 !!!     85
14637 &&&     80
14638 |||     75
14639 :=      50
14640 ::      45
14641 =>      40
14642 @end example
14644 The general rule is that if an operator with precedence @expr{n}
14645 occurs as an argument to an operator with precedence @expr{m}, then
14646 the argument is enclosed in parentheses if @expr{n < m}.  Top-level
14647 expressions and expressions which are function arguments, vector
14648 components, etc., are formatted with precedence zero (so that they
14649 normally never get additional parentheses).
14651 For binary left-associative operators like @samp{+}, the righthand
14652 argument is actually formatted with one-higher precedence than shown
14653 in the table.  This makes sure @samp{(a + b) + c} omits the parentheses,
14654 but the unnatural form @samp{a + (b + c)} keeps its parentheses.
14655 Right-associative operators like @samp{^} format the lefthand argument
14656 with one-higher precedence.
14658 @ignore
14659 @starindex
14660 @end ignore
14661 @tindex cprec
14662 The @code{cprec} function formats an expression with an arbitrary
14663 precedence.  For example, @samp{cprec(abc, 185)} will combine into
14664 sums and products as follows:  @samp{7 + abc}, @samp{7 (abc)} (because
14665 this @code{cprec} form has higher precedence than addition, but lower
14666 precedence than multiplication).
14668 @tex
14669 \bigskip
14670 @end tex
14672 A final composition issue is @dfn{line breaking}.  Calc uses two
14673 different strategies for ``flat'' and ``non-flat'' compositions.
14674 A non-flat composition is anything that appears on multiple lines
14675 (not counting line breaking).  Examples would be matrices and Big
14676 mode powers and quotients.  Non-flat compositions are displayed
14677 exactly as specified.  If they come out wider than the current
14678 window, you must use horizontal scrolling (@kbd{<} and @kbd{>}) to
14679 view them.
14681 Flat compositions, on the other hand, will be broken across several
14682 lines if they are too wide to fit the window.  Certain points in a
14683 composition are noted internally as @dfn{break points}.  Calc's
14684 general strategy is to fill each line as much as possible, then to
14685 move down to the next line starting at the first break point that
14686 didn't fit.  However, the line breaker understands the hierarchical
14687 structure of formulas.  It will not break an ``inner'' formula if
14688 it can use an earlier break point from an ``outer'' formula instead.
14689 For example, a vector of sums might be formatted as:
14691 @example
14692 @group
14693 [ a + b + c, d + e + f,
14694   g + h + i, j + k + l, m ]
14695 @end group
14696 @end example
14698 @noindent
14699 If the @samp{m} can fit, then so, it seems, could the @samp{g}.
14700 But Calc prefers to break at the comma since the comma is part
14701 of a ``more outer'' formula.  Calc would break at a plus sign
14702 only if it had to, say, if the very first sum in the vector had
14703 itself been too large to fit.
14705 Of the composition functions described below, only @code{choriz}
14706 generates break points.  The @code{bstring} function (@pxref{Strings})
14707 also generates breakable items:  A break point is added after every
14708 space (or group of spaces) except for spaces at the very beginning or
14709 end of the string.
14711 Composition functions themselves count as levels in the formula
14712 hierarchy, so a @code{choriz} that is a component of a larger
14713 @code{choriz} will be less likely to be broken.  As a special case,
14714 if a @code{bstring} occurs as a component of a @code{choriz} or
14715 @code{choriz}-like object (such as a vector or a list of arguments
14716 in a function call), then the break points in that @code{bstring}
14717 will be on the same level as the break points of the surrounding
14718 object.
14720 @node Horizontal Compositions, Vertical Compositions, Composition Basics, Compositions
14721 @subsubsection Horizontal Compositions
14723 @noindent
14724 @ignore
14725 @starindex
14726 @end ignore
14727 @tindex choriz
14728 The @code{choriz} function takes a vector of objects and composes
14729 them horizontally.  For example, @samp{choriz([17, a b/c, d])} formats
14730 as @w{@samp{17a b / cd}} in Normal language mode, or as
14732 @example
14733 @group
14734   a b
14735 17---d
14736    c
14737 @end group
14738 @end example
14740 @noindent
14741 in Big language mode.  This is actually one case of the general
14742 function @samp{choriz(@var{vec}, @var{sep}, @var{prec})}, where
14743 either or both of @var{sep} and @var{prec} may be omitted.
14744 @var{Prec} gives the @dfn{precedence} to use when formatting
14745 each of the components of @var{vec}.  The default precedence is
14746 the precedence from the surrounding environment.
14748 @var{Sep} is a string (i.e., a vector of character codes as might
14749 be entered with @code{" "} notation) which should separate components
14750 of the composition.  Also, if @var{sep} is given, the line breaker
14751 will allow lines to be broken after each occurrence of @var{sep}.
14752 If @var{sep} is omitted, the composition will not be breakable
14753 (unless any of its component compositions are breakable).
14755 For example, @samp{2 choriz([a, b c, d = e], " + ", 180)} is
14756 formatted as @samp{2 a + b c + (d = e)}.  To get the @code{choriz}
14757 to have precedence 180 ``outwards'' as well as ``inwards,''
14758 enclose it in a @code{cprec} form:  @samp{2 cprec(choriz(...), 180)}
14759 formats as @samp{2 (a + b c + (d = e))}.
14761 The baseline of a horizontal composition is the same as the
14762 baselines of the component compositions, which are all aligned.
14764 @node Vertical Compositions, Other Compositions, Horizontal Compositions, Compositions
14765 @subsubsection Vertical Compositions
14767 @noindent
14768 @ignore
14769 @starindex
14770 @end ignore
14771 @tindex cvert
14772 The @code{cvert} function makes a vertical composition.  Each
14773 component of the vector is centered in a column.  The baseline of
14774 the result is by default the top line of the resulting composition.
14775 For example, @samp{f(cvert([a, bb, ccc]), cvert([a^2 + 1, b^2]))}
14776 formats in Big mode as
14778 @example
14779 @group
14780 f( a ,  2    )
14781   bb   a  + 1
14782   ccc     2
14783          b
14784 @end group
14785 @end example
14787 @ignore
14788 @starindex
14789 @end ignore
14790 @tindex cbase
14791 There are several special composition functions that work only as
14792 components of a vertical composition.  The @code{cbase} function
14793 controls the baseline of the vertical composition; the baseline
14794 will be the same as the baseline of whatever component is enclosed
14795 in @code{cbase}.  Thus @samp{f(cvert([a, cbase(bb), ccc]),
14796 cvert([a^2 + 1, cbase(b^2)]))} displays as
14798 @example
14799 @group
14800         2
14801        a  + 1
14802    a      2
14803 f(bb ,   b   )
14804   ccc
14805 @end group
14806 @end example
14808 @ignore
14809 @starindex
14810 @end ignore
14811 @tindex ctbase
14812 @ignore
14813 @starindex
14814 @end ignore
14815 @tindex cbbase
14816 There are also @code{ctbase} and @code{cbbase} functions which
14817 make the baseline of the vertical composition equal to the top
14818 or bottom line (rather than the baseline) of that component.
14819 Thus @samp{cvert([cbase(a / b)]) + cvert([ctbase(a / b)]) +
14820 cvert([cbbase(a / b)])} gives
14822 @example
14823 @group
14824         a
14825 a       -
14826 - + a + b
14827 b   -
14828     b
14829 @end group
14830 @end example
14832 There should be only one @code{cbase}, @code{ctbase}, or @code{cbbase}
14833 function in a given vertical composition.  These functions can also
14834 be written with no arguments:  @samp{ctbase()} is a zero-height object
14835 which means the baseline is the top line of the following item, and
14836 @samp{cbbase()} means the baseline is the bottom line of the preceding
14837 item.
14839 @ignore
14840 @starindex
14841 @end ignore
14842 @tindex crule
14843 The @code{crule} function builds a ``rule,'' or horizontal line,
14844 across a vertical composition.  By itself @samp{crule()} uses @samp{-}
14845 characters to build the rule.  You can specify any other character,
14846 e.g., @samp{crule("=")}.  The argument must be a character code or
14847 vector of exactly one character code.  It is repeated to match the
14848 width of the widest item in the stack.  For example, a quotient
14849 with a thick line is @samp{cvert([a + 1, cbase(crule("=")), b^2])}:
14851 @example
14852 @group
14853 a + 1
14854 =====
14855   2
14857 @end group
14858 @end example
14860 @ignore
14861 @starindex
14862 @end ignore
14863 @tindex clvert
14864 @ignore
14865 @starindex
14866 @end ignore
14867 @tindex crvert
14868 Finally, the functions @code{clvert} and @code{crvert} act exactly
14869 like @code{cvert} except that the items are left- or right-justified
14870 in the stack.  Thus @samp{clvert([a, bb, ccc]) + crvert([a, bb, ccc])}
14871 gives:
14873 @example
14874 @group
14875 a   +   a
14876 bb     bb
14877 ccc   ccc
14878 @end group
14879 @end example
14881 Like @code{choriz}, the vertical compositions accept a second argument
14882 which gives the precedence to use when formatting the components.
14883 Vertical compositions do not support separator strings.
14885 @node Other Compositions, Information about Compositions, Vertical Compositions, Compositions
14886 @subsubsection Other Compositions
14888 @noindent
14889 @ignore
14890 @starindex
14891 @end ignore
14892 @tindex csup
14893 The @code{csup} function builds a superscripted expression.  For
14894 example, @samp{csup(a, b)} looks the same as @samp{a^b} does in Big
14895 language mode.  This is essentially a horizontal composition of
14896 @samp{a} and @samp{b}, where @samp{b} is shifted up so that its
14897 bottom line is one above the baseline.
14899 @ignore
14900 @starindex
14901 @end ignore
14902 @tindex csub
14903 Likewise, the @code{csub} function builds a subscripted expression.
14904 This shifts @samp{b} down so that its top line is one below the
14905 bottom line of @samp{a} (note that this is not quite analogous to
14906 @code{csup}).  Other arrangements can be obtained by using
14907 @code{choriz} and @code{cvert} directly.
14909 @ignore
14910 @starindex
14911 @end ignore
14912 @tindex cflat
14913 The @code{cflat} function formats its argument in ``flat'' mode,
14914 as obtained by @samp{d O}, if the current language mode is normal
14915 or Big.  It has no effect in other language modes.  For example,
14916 @samp{a^(b/c)} is formatted by Big mode like @samp{csup(a, cflat(b/c))}
14917 to improve its readability.
14919 @ignore
14920 @starindex
14921 @end ignore
14922 @tindex cspace
14923 The @code{cspace} function creates horizontal space.  For example,
14924 @samp{cspace(4)} is effectively the same as @samp{string("    ")}.
14925 A second string (i.e., vector of characters) argument is repeated
14926 instead of the space character.  For example, @samp{cspace(4, "ab")}
14927 looks like @samp{abababab}.  If the second argument is not a string,
14928 it is formatted in the normal way and then several copies of that
14929 are composed together:  @samp{cspace(4, a^2)} yields
14931 @example
14932 @group
14933  2 2 2 2
14934 a a a a
14935 @end group
14936 @end example
14938 @noindent
14939 If the number argument is zero, this is a zero-width object.
14941 @ignore
14942 @starindex
14943 @end ignore
14944 @tindex cvspace
14945 The @code{cvspace} function creates vertical space, or a vertical
14946 stack of copies of a certain string or formatted object.  The
14947 baseline is the center line of the resulting stack.  A numerical
14948 argument of zero will produce an object which contributes zero
14949 height if used in a vertical composition.
14951 @ignore
14952 @starindex
14953 @end ignore
14954 @tindex ctspace
14955 @ignore
14956 @starindex
14957 @end ignore
14958 @tindex cbspace
14959 There are also @code{ctspace} and @code{cbspace} functions which
14960 create vertical space with the baseline the same as the baseline
14961 of the top or bottom copy, respectively, of the second argument.
14962 Thus @samp{cvspace(2, a/b) + ctspace(2, a/b) + cbspace(2, a/b)}
14963 displays as:
14965 @example
14966 @group
14967         a
14968         -
14969 a       b
14970 -   a   a
14971 b + - + -
14972 a   b   b
14973 -   a
14974 b   -
14975     b
14976 @end group
14977 @end example
14979 @node Information about Compositions, User-Defined Compositions, Other Compositions, Compositions
14980 @subsubsection Information about Compositions
14982 @noindent
14983 The functions in this section are actual functions; they compose their
14984 arguments according to the current language and other display modes,
14985 then return a certain measurement of the composition as an integer.
14987 @ignore
14988 @starindex
14989 @end ignore
14990 @tindex cwidth
14991 The @code{cwidth} function measures the width, in characters, of a
14992 composition.  For example, @samp{cwidth(a + b)} is 5, and
14993 @samp{cwidth(a / b)} is 5 in Normal mode, 1 in Big mode, and 11 in
14994 @TeX{} mode (for @samp{@{a \over b@}}).  The argument may involve
14995 the composition functions described in this section.
14997 @ignore
14998 @starindex
14999 @end ignore
15000 @tindex cheight
15001 The @code{cheight} function measures the height of a composition.
15002 This is the total number of lines in the argument's printed form.
15004 @ignore
15005 @starindex
15006 @end ignore
15007 @tindex cascent
15008 @ignore
15009 @starindex
15010 @end ignore
15011 @tindex cdescent
15012 The functions @code{cascent} and @code{cdescent} measure the amount
15013 of the height that is above (and including) the baseline, or below
15014 the baseline, respectively.  Thus @samp{cascent(@var{x}) + cdescent(@var{x})}
15015 always equals @samp{cheight(@var{x})}.  For a one-line formula like
15016 @samp{a + b}, @code{cascent} returns 1 and @code{cdescent} returns 0.
15017 For @samp{a / b} in Big mode, @code{cascent} returns 2 and @code{cdescent}
15018 returns 1.  The only formula for which @code{cascent} will return zero
15019 is @samp{cvspace(0)} or equivalents.
15021 @node User-Defined Compositions,  , Information about Compositions, Compositions
15022 @subsubsection User-Defined Compositions
15024 @noindent
15025 @kindex Z C
15026 @pindex calc-user-define-composition
15027 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command lets you
15028 define the display format for any algebraic function.  You provide a
15029 formula containing a certain number of argument variables on the stack.
15030 Any time Calc formats a call to the specified function in the current
15031 language mode and with that number of arguments, Calc effectively
15032 replaces the function call with that formula with the arguments
15033 replaced.
15035 Calc builds the default argument list by sorting all the variable names
15036 that appear in the formula into alphabetical order.  You can edit this
15037 argument list before pressing @key{RET} if you wish.  Any variables in
15038 the formula that do not appear in the argument list will be displayed
15039 literally; any arguments that do not appear in the formula will not
15040 affect the display at all.
15042 You can define formats for built-in functions, for functions you have
15043 defined with @kbd{Z F} (@pxref{Algebraic Definitions}), or for functions
15044 which have no definitions but are being used as purely syntactic objects.
15045 You can define different formats for each language mode, and for each
15046 number of arguments, using a succession of @kbd{Z C} commands.  When
15047 Calc formats a function call, it first searches for a format defined
15048 for the current language mode (and number of arguments); if there is
15049 none, it uses the format defined for the Normal language mode.  If
15050 neither format exists, Calc uses its built-in standard format for that
15051 function (usually just @samp{@var{func}(@var{args})}).
15053 If you execute @kbd{Z C} with the number 0 on the stack instead of a
15054 formula, any defined formats for the function in the current language
15055 mode will be removed.  The function will revert to its standard format.
15057 For example, the default format for the binomial coefficient function
15058 @samp{choose(n, m)} in the Big language mode is
15060 @example
15061 @group
15063 ( )
15065 @end group
15066 @end example
15068 @noindent
15069 You might prefer the notation,
15071 @example
15072 @group
15074 n m
15075 @end group
15076 @end example
15078 @noindent
15079 To define this notation, first make sure you are in Big mode,
15080 then put the formula
15082 @smallexample
15083 choriz([cvert([cvspace(1), n]), C, cvert([cvspace(1), m])])
15084 @end smallexample
15086 @noindent
15087 on the stack and type @kbd{Z C}.  Answer the first prompt with
15088 @code{choose}.  The second prompt will be the default argument list
15089 of @samp{(C m n)}.  Edit this list to be @samp{(n m)} and press
15090 @key{RET}.  Now, try it out:  For example, turn simplification
15091 off with @kbd{m O} and enter @samp{choose(a,b) + choose(7,3)}
15092 as an algebraic entry.
15094 @example
15095 @group
15096  C  +  C
15097 a b   7 3
15098 @end group
15099 @end example
15101 As another example, let's define the usual notation for Stirling
15102 numbers of the first kind, @samp{stir1(n, m)}.  This is just like
15103 the regular format for binomial coefficients but with square brackets
15104 instead of parentheses.
15106 @smallexample
15107 choriz([string("["), cvert([n, cbase(cvspace(1)), m]), string("]")])
15108 @end smallexample
15110 Now type @kbd{Z C stir1 @key{RET}}, edit the argument list to
15111 @samp{(n m)}, and type @key{RET}.
15113 The formula provided to @kbd{Z C} usually will involve composition
15114 functions, but it doesn't have to.  Putting the formula @samp{a + b + c}
15115 onto the stack and typing @kbd{Z C foo @key{RET} @key{RET}} would define
15116 the function @samp{foo(x,y,z)} to display like @samp{x + y + z}.
15117 This ``sum'' will act exactly like a real sum for all formatting
15118 purposes (it will be parenthesized the same, and so on).  However
15119 it will be computationally unrelated to a sum.  For example, the
15120 formula @samp{2 * foo(1, 2, 3)} will display as @samp{2 (1 + 2 + 3)}.
15121 Operator precedences have caused the ``sum'' to be written in
15122 parentheses, but the arguments have not actually been summed.
15123 (Generally a display format like this would be undesirable, since
15124 it can easily be confused with a real sum.)
15126 The special function @code{eval} can be used inside a @kbd{Z C}
15127 composition formula to cause all or part of the formula to be
15128 evaluated at display time.  For example, if the formula is
15129 @samp{a + eval(b + c)}, then @samp{foo(1, 2, 3)} will be displayed
15130 as @samp{1 + 5}.  Evaluation will use the default simplifications,
15131 regardless of the current simplification mode.  There are also
15132 @code{evalsimp} and @code{evalextsimp} which simplify as if by
15133 @kbd{a s} and @kbd{a e} (respectively).  Note that these ``functions''
15134 operate only in the context of composition formulas (and also in
15135 rewrite rules, where they serve a similar purpose; @pxref{Rewrite
15136 Rules}).  On the stack, a call to @code{eval} will be left in
15137 symbolic form.
15139 It is not a good idea to use @code{eval} except as a last resort.
15140 It can cause the display of formulas to be extremely slow.  For
15141 example, while @samp{eval(a + b)} might seem quite fast and simple,
15142 there are several situations where it could be slow.  For example,
15143 @samp{a} and/or @samp{b} could be polar complex numbers, in which
15144 case doing the sum requires trigonometry.  Or, @samp{a} could be
15145 the factorial @samp{fact(100)} which is unevaluated because you
15146 have typed @kbd{m O}; @code{eval} will evaluate it anyway to
15147 produce a large, unwieldy integer.
15149 You can save your display formats permanently using the @kbd{Z P}
15150 command (@pxref{Creating User Keys}).
15152 @node Syntax Tables,  , Compositions, Language Modes
15153 @subsection Syntax Tables
15155 @noindent
15156 @cindex Syntax tables
15157 @cindex Parsing formulas, customized
15158 Syntax tables do for input what compositions do for output:  They
15159 allow you to teach custom notations to Calc's formula parser.
15160 Calc keeps a separate syntax table for each language mode.
15162 (Note that the Calc ``syntax tables'' discussed here are completely
15163 unrelated to the syntax tables described in the Emacs manual.)
15165 @kindex Z S
15166 @pindex calc-edit-user-syntax
15167 The @kbd{Z S} (@code{calc-edit-user-syntax}) command edits the
15168 syntax table for the current language mode.  If you want your
15169 syntax to work in any language, define it in the Normal language
15170 mode.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing the syntax table, or
15171 @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @kbd{m m} command saves all
15172 the syntax tables along with the other mode settings;
15173 @pxref{General Mode Commands}.
15175 @menu
15176 * Syntax Table Basics::
15177 * Precedence in Syntax Tables::
15178 * Advanced Syntax Patterns::
15179 * Conditional Syntax Rules::
15180 @end menu
15182 @node Syntax Table Basics, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables, Syntax Tables
15183 @subsubsection Syntax Table Basics
15185 @noindent
15186 @dfn{Parsing} is the process of converting a raw string of characters,
15187 such as you would type in during algebraic entry, into a Calc formula.
15188 Calc's parser works in two stages.  First, the input is broken down
15189 into @dfn{tokens}, such as words, numbers, and punctuation symbols
15190 like @samp{+}, @samp{:=}, and @samp{+/-}.  Space between tokens is
15191 ignored (except when it serves to separate adjacent words).  Next,
15192 the parser matches this string of tokens against various built-in
15193 syntactic patterns, such as ``an expression followed by @samp{+}
15194 followed by another expression'' or ``a name followed by @samp{(},
15195 zero or more expressions separated by commas, and @samp{)}.''
15197 A @dfn{syntax table} is a list of user-defined @dfn{syntax rules},
15198 which allow you to specify new patterns to define your own
15199 favorite input notations.  Calc's parser always checks the syntax
15200 table for the current language mode, then the table for the Normal
15201 language mode, before it uses its built-in rules to parse an
15202 algebraic formula you have entered.  Each syntax rule should go on
15203 its own line; it consists of a @dfn{pattern}, a @samp{:=} symbol,
15204 and a Calc formula with an optional @dfn{condition}.  (Syntax rules
15205 resemble algebraic rewrite rules, but the notation for patterns is
15206 completely different.)
15208 A syntax pattern is a list of tokens, separated by spaces.
15209 Except for a few special symbols, tokens in syntax patterns are
15210 matched literally, from left to right.  For example, the rule,
15212 @example
15213 foo ( ) := 2+3
15214 @end example
15216 @noindent
15217 would cause Calc to parse the formula @samp{4+foo()*5} as if it
15218 were @samp{4+(2+3)*5}.  Notice that the parentheses were written
15219 as two separate tokens in the rule.  As a result, the rule works
15220 for both @samp{foo()} and @w{@samp{foo (  )}}.  If we had written
15221 the rule as @samp{foo () := 2+3}, then Calc would treat @samp{()}
15222 as a single, indivisible token, so that @w{@samp{foo( )}} would
15223 not be recognized by the rule.  (It would be parsed as a regular
15224 zero-argument function call instead.)  In fact, this rule would
15225 also make trouble for the rest of Calc's parser:  An unrelated
15226 formula like @samp{bar()} would now be tokenized into @samp{bar ()}
15227 instead of @samp{bar ( )}, so that the standard parser for function
15228 calls would no longer recognize it!
15230 While it is possible to make a token with a mixture of letters
15231 and punctuation symbols, this is not recommended.  It is better to
15232 break it into several tokens, as we did with @samp{foo()} above.
15234 The symbol @samp{#} in a syntax pattern matches any Calc expression.
15235 On the righthand side, the things that matched the @samp{#}s can
15236 be referred to as @samp{#1}, @samp{#2}, and so on (where @samp{#1}
15237 matches the leftmost @samp{#} in the pattern).  For example, these
15238 rules match a user-defined function, prefix operator, infix operator,
15239 and postfix operator, respectively:
15241 @example
15242 foo ( # ) := myfunc(#1)
15243 foo # := myprefix(#1)
15244 # foo # := myinfix(#1,#2)
15245 # foo := mypostfix(#1)
15246 @end example
15248 Thus @samp{foo(3)} will parse as @samp{myfunc(3)}, and @samp{2+3 foo}
15249 will parse as @samp{mypostfix(2+3)}.
15251 It is important to write the first two rules in the order shown,
15252 because Calc tries rules in order from first to last.  If the
15253 pattern @samp{foo #} came first, it would match anything that could
15254 match the @samp{foo ( # )} rule, since an expression in parentheses
15255 is itself a valid expression.  Thus the @w{@samp{foo ( # )}} rule would
15256 never get to match anything.  Likewise, the last two rules must be
15257 written in the order shown or else @samp{3 foo 4} will be parsed as
15258 @samp{mypostfix(3) * 4}.  (Of course, the best way to avoid these
15259 ambiguities is not to use the same symbol in more than one way at
15260 the same time!  In case you're not convinced, try the following
15261 exercise:  How will the above rules parse the input @samp{foo(3,4)},
15262 if at all?  Work it out for yourself, then try it in Calc and see.)
15264 Calc is quite flexible about what sorts of patterns are allowed.
15265 The only rule is that every pattern must begin with a literal
15266 token (like @samp{foo} in the first two patterns above), or with
15267 a @samp{#} followed by a literal token (as in the last two
15268 patterns).  After that, any mixture is allowed, although putting
15269 two @samp{#}s in a row will not be very useful since two
15270 expressions with nothing between them will be parsed as one
15271 expression that uses implicit multiplication.
15273 As a more practical example, Maple uses the notation
15274 @samp{sum(a(i), i=1..10)} for sums, which Calc's Maple mode doesn't
15275 recognize at present.  To handle this syntax, we simply add the
15276 rule,
15278 @example
15279 sum ( # , # = # .. # ) := sum(#1,#2,#3,#4)
15280 @end example
15282 @noindent
15283 to the Maple mode syntax table.  As another example, C mode can't
15284 read assignment operators like @samp{++} and @samp{*=}.  We can
15285 define these operators quite easily:
15287 @example
15288 # *= # := muleq(#1,#2)
15289 # ++ := postinc(#1)
15290 ++ # := preinc(#1)
15291 @end example
15293 @noindent
15294 To complete the job, we would use corresponding composition functions
15295 and @kbd{Z C} to cause these functions to display in their respective
15296 Maple and C notations.  (Note that the C example ignores issues of
15297 operator precedence, which are discussed in the next section.)
15299 You can enclose any token in quotes to prevent its usual
15300 interpretation in syntax patterns:
15302 @example
15303 # ":=" # := becomes(#1,#2)
15304 @end example
15306 Quotes also allow you to include spaces in a token, although once
15307 again it is generally better to use two tokens than one token with
15308 an embedded space.  To include an actual quotation mark in a quoted
15309 token, precede it with a backslash.  (This also works to include
15310 backslashes in tokens.)
15312 @example
15313 # "bad token" # "/\"\\" # := silly(#1,#2,#3)
15314 @end example
15316 @noindent
15317 This will parse @samp{3 bad token 4 /"\ 5} to @samp{silly(3,4,5)}.
15319 The token @kbd{#} has a predefined meaning in Calc's formula parser;
15320 it is not valid to use @samp{"#"} in a syntax rule.  However, longer
15321 tokens that include the @samp{#} character are allowed.  Also, while
15322 @samp{"$"} and @samp{"\""} are allowed as tokens, their presence in
15323 the syntax table will prevent those characters from working in their
15324 usual ways (referring to stack entries and quoting strings,
15325 respectively).
15327 Finally, the notation @samp{%%} anywhere in a syntax table causes
15328 the rest of the line to be ignored as a comment.
15330 @node Precedence in Syntax Tables, Advanced Syntax Patterns, Syntax Table Basics, Syntax Tables
15331 @subsubsection Precedence
15333 @noindent
15334 Different operators are generally assigned different @dfn{precedences}.
15335 By default, an operator defined by a rule like
15337 @example
15338 # foo # := foo(#1,#2)
15339 @end example
15341 @noindent
15342 will have an extremely low precedence, so that @samp{2*3+4 foo 5 == 6}
15343 will be parsed as @samp{(2*3+4) foo (5 == 6)}.  To change the
15344 precedence of an operator, use the notation @samp{#/@var{p}} in
15345 place of @samp{#}, where @var{p} is an integer precedence level.
15346 For example, 185 lies between the precedences for @samp{+} and
15347 @samp{*}, so if we change this rule to
15349 @example
15350 #/185 foo #/186 := foo(#1,#2)
15351 @end example
15353 @noindent
15354 then @samp{2+3 foo 4*5} will be parsed as @samp{2+(3 foo (4*5))}.
15355 Also, because we've given the righthand expression slightly higher
15356 precedence, our new operator will be left-associative:
15357 @samp{1 foo 2 foo 3} will be parsed as @samp{(1 foo 2) foo 3}.
15358 By raising the precedence of the lefthand expression instead, we
15359 can create a right-associative operator.
15361 @xref{Composition Basics}, for a table of precedences of the
15362 standard Calc operators.  For the precedences of operators in other
15363 language modes, look in the Calc source file @file{calc-lang.el}.
15365 @node Advanced Syntax Patterns, Conditional Syntax Rules, Precedence in Syntax Tables, Syntax Tables
15366 @subsubsection Advanced Syntax Patterns
15368 @noindent
15369 To match a function with a variable number of arguments, you could
15370 write
15372 @example
15373 foo ( # ) := myfunc(#1)
15374 foo ( # , # ) := myfunc(#1,#2)
15375 foo ( # , # , # ) := myfunc(#1,#2,#3)
15376 @end example
15378 @noindent
15379 but this isn't very elegant.  To match variable numbers of items,
15380 Calc uses some notations inspired regular expressions and the
15381 ``extended BNF'' style used by some language designers.
15383 @example
15384 foo ( @{ # @}*, ) := apply(myfunc,#1)
15385 @end example
15387 The token @samp{@{} introduces a repeated or optional portion.
15388 One of the three tokens @samp{@}*}, @samp{@}+}, or @samp{@}?}
15389 ends the portion.  These will match zero or more, one or more,
15390 or zero or one copies of the enclosed pattern, respectively.
15391 In addition, @samp{@}*} and @samp{@}+} can be followed by a
15392 separator token (with no space in between, as shown above).
15393 Thus @samp{@{ # @}*,} matches nothing, or one expression, or
15394 several expressions separated by commas.
15396 A complete @samp{@{ ... @}} item matches as a vector of the
15397 items that matched inside it.  For example, the above rule will
15398 match @samp{foo(1,2,3)} to get @samp{apply(myfunc,[1,2,3])}.
15399 The Calc @code{apply} function takes a function name and a vector
15400 of arguments and builds a call to the function with those
15401 arguments, so the net result is the formula @samp{myfunc(1,2,3)}.
15403 If the body of a @samp{@{ ... @}} contains several @samp{#}s
15404 (or nested @samp{@{ ... @}} constructs), then the items will be
15405 strung together into the resulting vector.  If the body
15406 does not contain anything but literal tokens, the result will
15407 always be an empty vector.
15409 @example
15410 foo ( @{ # , # @}+, ) := bar(#1)
15411 foo ( @{ @{ # @}*, @}*; ) := matrix(#1)
15412 @end example
15414 @noindent
15415 will parse @samp{foo(1, 2, 3, 4)} as @samp{bar([1, 2, 3, 4])}, and
15416 @samp{foo(1, 2; 3, 4)} as @samp{matrix([[1, 2], [3, 4]])}.  Also, after
15417 some thought it's easy to see how this pair of rules will parse
15418 @samp{foo(1, 2, 3)} as @samp{matrix([[1, 2, 3]])}, since the first
15419 rule will only match an even number of arguments.  The rule
15421 @example
15422 foo ( # @{ , # , # @}? ) := bar(#1,#2)
15423 @end example
15425 @noindent
15426 will parse @samp{foo(2,3,4)} as @samp{bar(2,[3,4])}, and
15427 @samp{foo(2)} as @samp{bar(2,[])}.
15429 The notation @samp{@{ ... @}?.} (note the trailing period) works
15430 just the same as regular @samp{@{ ... @}?}, except that it does not
15431 count as an argument; the following two rules are equivalent:
15433 @example
15434 foo ( # , @{ also @}? # ) := bar(#1,#3)
15435 foo ( # , @{ also @}?. # ) := bar(#1,#2)
15436 @end example
15438 @noindent
15439 Note that in the first case the optional text counts as @samp{#2},
15440 which will always be an empty vector, but in the second case no
15441 empty vector is produced.
15443 Another variant is @samp{@{ ... @}?$}, which means the body is
15444 optional only at the end of the input formula.  All built-in syntax
15445 rules in Calc use this for closing delimiters, so that during
15446 algebraic entry you can type @kbd{[sqrt(2), sqrt(3 @key{RET}}, omitting
15447 the closing parenthesis and bracket.  Calc does this automatically
15448 for trailing @samp{)}, @samp{]}, and @samp{>} tokens in syntax
15449 rules, but you can use @samp{@{ ... @}?$} explicitly to get
15450 this effect with any token (such as @samp{"@}"} or @samp{end}).
15451 Like @samp{@{ ... @}?.}, this notation does not count as an
15452 argument.  Conversely, you can use quotes, as in @samp{")"}, to
15453 prevent a closing-delimiter token from being automatically treated
15454 as optional.
15456 Calc's parser does not have full backtracking, which means some
15457 patterns will not work as you might expect:
15459 @example
15460 foo ( @{ # , @}? # , # ) := bar(#1,#2,#3)
15461 @end example
15463 @noindent
15464 Here we are trying to make the first argument optional, so that
15465 @samp{foo(2,3)} parses as @samp{bar([],2,3)}.  Unfortunately, Calc
15466 first tries to match @samp{2,} against the optional part of the
15467 pattern, finds a match, and so goes ahead to match the rest of the
15468 pattern.  Later on it will fail to match the second comma, but it
15469 doesn't know how to go back and try the other alternative at that
15470 point.  One way to get around this would be to use two rules:
15472 @example
15473 foo ( # , # , # ) := bar([#1],#2,#3)
15474 foo ( # , # ) := bar([],#1,#2)
15475 @end example
15477 More precisely, when Calc wants to match an optional or repeated
15478 part of a pattern, it scans forward attempting to match that part.
15479 If it reaches the end of the optional part without failing, it
15480 ``finalizes'' its choice and proceeds.  If it fails, though, it
15481 backs up and tries the other alternative.  Thus Calc has ``partial''
15482 backtracking.  A fully backtracking parser would go on to make sure
15483 the rest of the pattern matched before finalizing the choice.
15485 @node Conditional Syntax Rules,  , Advanced Syntax Patterns, Syntax Tables
15486 @subsubsection Conditional Syntax Rules
15488 @noindent
15489 It is possible to attach a @dfn{condition} to a syntax rule.  For
15490 example, the rules
15492 @example
15493 foo ( # ) := ifoo(#1) :: integer(#1)
15494 foo ( # ) := gfoo(#1)
15495 @end example
15497 @noindent
15498 will parse @samp{foo(3)} as @samp{ifoo(3)}, but will parse
15499 @samp{foo(3.5)} and @samp{foo(x)} as calls to @code{gfoo}.  Any
15500 number of conditions may be attached; all must be true for the
15501 rule to succeed.  A condition is ``true'' if it evaluates to a
15502 nonzero number.  @xref{Logical Operations}, for a list of Calc
15503 functions like @code{integer} that perform logical tests.
15505 The exact sequence of events is as follows:  When Calc tries a
15506 rule, it first matches the pattern as usual.  It then substitutes
15507 @samp{#1}, @samp{#2}, etc., in the conditions, if any.  Next, the
15508 conditions are simplified and evaluated in order from left to right,
15509 as if by the @w{@kbd{a s}} algebra command (@pxref{Simplifying Formulas}).
15510 Each result is true if it is a nonzero number, or an expression
15511 that can be proven to be nonzero (@pxref{Declarations}).  If the
15512 results of all conditions are true, the expression (such as
15513 @samp{ifoo(#1)}) has its @samp{#}s substituted, and that is the
15514 result of the parse.  If the result of any condition is false, Calc
15515 goes on to try the next rule in the syntax table.
15517 Syntax rules also support @code{let} conditions, which operate in
15518 exactly the same way as they do in algebraic rewrite rules.
15519 @xref{Other Features of Rewrite Rules}, for details.  A @code{let}
15520 condition is always true, but as a side effect it defines a
15521 variable which can be used in later conditions, and also in the
15522 expression after the @samp{:=} sign:
15524 @example
15525 foo ( # ) := hifoo(x) :: let(x := #1 + 0.5) :: dnumint(x)
15526 @end example
15528 @noindent
15529 The @code{dnumint} function tests if a value is numerically an
15530 integer, i.e., either a true integer or an integer-valued float.
15531 This rule will parse @code{foo} with a half-integer argument,
15532 like @samp{foo(3.5)}, to a call like @samp{hifoo(4.)}.
15534 The lefthand side of a syntax rule @code{let} must be a simple
15535 variable, not the arbitrary pattern that is allowed in rewrite
15536 rules.
15538 The @code{matches} function is also treated specially in syntax
15539 rule conditions (again, in the same way as in rewrite rules).
15540 @xref{Matching Commands}.  If the matching pattern contains
15541 meta-variables, then those meta-variables may be used in later
15542 conditions and in the result expression.  The arguments to
15543 @code{matches} are not evaluated in this situation.
15545 @example
15546 sum ( # , # ) := sum(#1,a,b,c) :: matches(#2, a=[b..c])
15547 @end example
15549 @noindent
15550 This is another way to implement the Maple mode @code{sum} notation.
15551 In this approach, we allow @samp{#2} to equal the whole expression
15552 @samp{i=1..10}.  Then, we use @code{matches} to break it apart into
15553 its components.  If the expression turns out not to match the pattern,
15554 the syntax rule will fail.  Note that @kbd{Z S} always uses Calc's
15555 Normal language mode for editing expressions in syntax rules, so we
15556 must use regular Calc notation for the interval @samp{[b..c]} that
15557 will correspond to the Maple mode interval @samp{1..10}.
15559 @node Modes Variable, Calc Mode Line, Language Modes, Mode Settings
15560 @section The @code{Modes} Variable
15562 @noindent
15563 @kindex m g
15564 @pindex calc-get-modes
15565 The @kbd{m g} (@code{calc-get-modes}) command pushes onto the stack
15566 a vector of numbers that describes the various mode settings that
15567 are in effect.  With a numeric prefix argument, it pushes only the
15568 @var{n}th mode, i.e., the @var{n}th element of this vector.  Keyboard
15569 macros can use the @kbd{m g} command to modify their behavior based
15570 on the current mode settings.
15572 @cindex @code{Modes} variable
15573 @vindex Modes
15574 The modes vector is also available in the special variable
15575 @code{Modes}.  In other words, @kbd{m g} is like @kbd{s r Modes @key{RET}}.
15576 It will not work to store into this variable; in fact, if you do,
15577 @code{Modes} will cease to track the current modes.  (The @kbd{m g}
15578 command will continue to work, however.)
15580 In general, each number in this vector is suitable as a numeric
15581 prefix argument to the associated mode-setting command.  (Recall
15582 that the @kbd{~} key takes a number from the stack and gives it as
15583 a numeric prefix to the next command.)
15585 The elements of the modes vector are as follows:
15587 @enumerate
15588 @item
15589 Current precision.  Default is 12; associated command is @kbd{p}.
15591 @item
15592 Binary word size.  Default is 32; associated command is @kbd{b w}.
15594 @item
15595 Stack size (not counting the value about to be pushed by @kbd{m g}).
15596 This is zero if @kbd{m g} is executed with an empty stack.
15598 @item
15599 Number radix.  Default is 10; command is @kbd{d r}.
15601 @item
15602 Floating-point format.  This is the number of digits, plus the
15603 constant 0 for normal notation, 10000 for scientific notation,
15604 20000 for engineering notation, or 30000 for fixed-point notation.
15605 These codes are acceptable as prefix arguments to the @kbd{d n}
15606 command, but note that this may lose information:  For example,
15607 @kbd{d s} and @kbd{C-u 12 d s} have similar (but not quite
15608 identical) effects if the current precision is 12, but they both
15609 produce a code of 10012, which will be treated by @kbd{d n} as
15610 @kbd{C-u 12 d s}.  If the precision then changes, the float format
15611 will still be frozen at 12 significant figures.
15613 @item
15614 Angular mode.  Default is 1 (degrees).  Other values are 2 (radians)
15615 and 3 (HMS).  The @kbd{m d} command accepts these prefixes.
15617 @item
15618 Symbolic mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m s}.
15620 @item
15621 Fraction mode.  Value is 0 or 1; default is 0.  Command is @kbd{m f}.
15623 @item
15624 Polar mode.  Value is 0 (rectangular) or 1 (polar); default is 0.
15625 Command is @kbd{m p}.
15627 @item
15628 Matrix/Scalar mode.  Default value is @mathit{-1}.  Value is 0 for Scalar
15629 mode, @mathit{-2} for Matrix mode, @mathit{-3} for square Matrix mode,
15630 or @var{N} for  
15631 @texline @math{N\times N}
15632 @infoline @var{N}x@var{N} 
15633 Matrix mode.  Command is @kbd{m v}.
15635 @item
15636 Simplification mode.  Default is 1.  Value is @mathit{-1} for off (@kbd{m O}),
15637 0 for @kbd{m N}, 2 for @kbd{m B}, 3 for @kbd{m A}, 4 for @kbd{m E},
15638 or 5 for @w{@kbd{m U}}.  The @kbd{m D} command accepts these prefixes.
15640 @item
15641 Infinite mode.  Default is @mathit{-1} (off).  Value is 1 if the mode is on,
15642 or 0 if the mode is on with positive zeros.  Command is @kbd{m i}.
15643 @end enumerate
15645 For example, the sequence @kbd{M-1 m g @key{RET} 2 + ~ p} increases the
15646 precision by two, leaving a copy of the old precision on the stack.
15647 Later, @kbd{~ p} will restore the original precision using that
15648 stack value.  (This sequence might be especially useful inside a
15649 keyboard macro.)
15651 As another example, @kbd{M-3 m g 1 - ~ @key{DEL}} deletes all but the
15652 oldest (bottommost) stack entry.
15654 Yet another example:  The HP-48 ``round'' command rounds a number
15655 to the current displayed precision.  You could roughly emulate this
15656 in Calc with the sequence @kbd{M-5 m g 10000 % ~ c c}.  (This
15657 would not work for fixed-point mode, but it wouldn't be hard to
15658 do a full emulation with the help of the @kbd{Z [} and @kbd{Z ]}
15659 programming commands.  @xref{Conditionals in Macros}.)
15661 @node Calc Mode Line,  , Modes Variable, Mode Settings
15662 @section The Calc Mode Line
15664 @noindent
15665 @cindex Mode line indicators
15666 This section is a summary of all symbols that can appear on the
15667 Calc mode line, the highlighted bar that appears under the Calc
15668 stack window (or under an editing window in Embedded mode).
15670 The basic mode line format is:
15672 @example
15673 --%%-Calc: 12 Deg @var{other modes}       (Calculator)
15674 @end example
15676 The @samp{%%} is the Emacs symbol for ``read-only''; it shows that
15677 regular Emacs commands are not allowed to edit the stack buffer
15678 as if it were text.
15680 The word @samp{Calc:} changes to @samp{CalcEmbed:} if Embedded mode
15681 is enabled.  The words after this describe the various Calc modes
15682 that are in effect.
15684 The first mode is always the current precision, an integer.
15685 The second mode is always the angular mode, either @code{Deg},
15686 @code{Rad}, or @code{Hms}.
15688 Here is a complete list of the remaining symbols that can appear
15689 on the mode line:
15691 @table @code
15692 @item Alg
15693 Algebraic mode (@kbd{m a}; @pxref{Algebraic Entry}).
15695 @item Alg[(
15696 Incomplete algebraic mode (@kbd{C-u m a}).
15698 @item Alg*
15699 Total algebraic mode (@kbd{m t}).
15701 @item Symb
15702 Symbolic mode (@kbd{m s}; @pxref{Symbolic Mode}).
15704 @item Matrix
15705 Matrix mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15707 @item Matrix@var{n}
15708 Dimensioned Matrix mode (@kbd{C-u @var{n} m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15710 @item SqMatrix
15711 Square Matrix mode (@kbd{C-u m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15713 @item Scalar
15714 Scalar mode (@kbd{m v}; @pxref{Matrix Mode}).
15716 @item Polar
15717 Polar complex mode (@kbd{m p}; @pxref{Polar Mode}).
15719 @item Frac
15720 Fraction mode (@kbd{m f}; @pxref{Fraction Mode}).
15722 @item Inf
15723 Infinite mode (@kbd{m i}; @pxref{Infinite Mode}).
15725 @item +Inf
15726 Positive Infinite mode (@kbd{C-u 0 m i}).
15728 @item NoSimp
15729 Default simplifications off (@kbd{m O}; @pxref{Simplification Modes}).
15731 @item NumSimp
15732 Default simplifications for numeric arguments only (@kbd{m N}).
15734 @item BinSimp@var{w}
15735 Binary-integer simplification mode; word size @var{w} (@kbd{m B}, @kbd{b w}).
15737 @item AlgSimp
15738 Algebraic simplification mode (@kbd{m A}).
15740 @item ExtSimp
15741 Extended algebraic simplification mode (@kbd{m E}).
15743 @item UnitSimp
15744 Units simplification mode (@kbd{m U}).
15746 @item Bin
15747 Current radix is 2 (@kbd{d 2}; @pxref{Radix Modes}).
15749 @item Oct
15750 Current radix is 8 (@kbd{d 8}).
15752 @item Hex
15753 Current radix is 16 (@kbd{d 6}).
15755 @item Radix@var{n}
15756 Current radix is @var{n} (@kbd{d r}).
15758 @item Zero
15759 Leading zeros (@kbd{d z}; @pxref{Radix Modes}).
15761 @item Big
15762 Big language mode (@kbd{d B}; @pxref{Normal Language Modes}).
15764 @item Flat
15765 One-line normal language mode (@kbd{d O}).
15767 @item Unform
15768 Unformatted language mode (@kbd{d U}).
15770 @item C
15771 C language mode (@kbd{d C}; @pxref{C FORTRAN Pascal}).
15773 @item Pascal
15774 Pascal language mode (@kbd{d P}).
15776 @item Fortran
15777 FORTRAN language mode (@kbd{d F}).
15779 @item TeX
15780 @TeX{} language mode (@kbd{d T}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15782 @item LaTeX
15783 La@TeX{} language mode (@kbd{d L}; @pxref{TeX and LaTeX Language Modes}).
15785 @item Eqn
15786 @dfn{Eqn} language mode (@kbd{d E}; @pxref{Eqn Language Mode}).
15788 @item Math
15789 Mathematica language mode (@kbd{d M}; @pxref{Mathematica Language Mode}).
15791 @item Maple
15792 Maple language mode (@kbd{d W}; @pxref{Maple Language Mode}).
15794 @item Norm@var{n}
15795 Normal float mode with @var{n} digits (@kbd{d n}; @pxref{Float Formats}).
15797 @item Fix@var{n}
15798 Fixed point mode with @var{n} digits after the point (@kbd{d f}).
15800 @item Sci
15801 Scientific notation mode (@kbd{d s}).
15803 @item Sci@var{n}
15804 Scientific notation with @var{n} digits (@kbd{d s}).
15806 @item Eng
15807 Engineering notation mode (@kbd{d e}).
15809 @item Eng@var{n}
15810 Engineering notation with @var{n} digits (@kbd{d e}).
15812 @item Left@var{n}
15813 Left-justified display indented by @var{n} (@kbd{d <}; @pxref{Justification}).
15815 @item Right
15816 Right-justified display (@kbd{d >}).
15818 @item Right@var{n}
15819 Right-justified display with width @var{n} (@kbd{d >}).
15821 @item Center
15822 Centered display (@kbd{d =}).
15824 @item Center@var{n}
15825 Centered display with center column @var{n} (@kbd{d =}).
15827 @item Wid@var{n}
15828 Line breaking with width @var{n} (@kbd{d b}; @pxref{Normal Language Modes}).
15830 @item Wide
15831 No line breaking (@kbd{d b}).
15833 @item Break
15834 Selections show deep structure (@kbd{j b}; @pxref{Making Selections}).
15836 @item Save
15837 Record modes in @file{~/.calc.el} (@kbd{m R}; @pxref{General Mode Commands}).
15839 @item Local
15840 Record modes in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15842 @item LocEdit
15843 Record modes as editing-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15845 @item LocPerm
15846 Record modes as permanent-only in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15848 @item Global
15849 Record modes as global in Embedded buffer (@kbd{m R}).
15851 @item Manual
15852 Automatic recomputation turned off (@kbd{m C}; @pxref{Automatic
15853 Recomputation}).
15855 @item Graph
15856 GNUPLOT process is alive in background (@pxref{Graphics}).
15858 @item Sel
15859 Top-of-stack has a selection (Embedded only; @pxref{Making Selections}).
15861 @item Dirty
15862 The stack display may not be up-to-date (@pxref{Display Modes}).
15864 @item Inv
15865 ``Inverse'' prefix was pressed (@kbd{I}; @pxref{Inverse and Hyperbolic}).
15867 @item Hyp
15868 ``Hyperbolic'' prefix was pressed (@kbd{H}).
15870 @item Keep
15871 ``Keep-arguments'' prefix was pressed (@kbd{K}).
15873 @item Narrow
15874 Stack is truncated (@kbd{d t}; @pxref{Truncating the Stack}).
15875 @end table
15877 In addition, the symbols @code{Active} and @code{~Active} can appear
15878 as minor modes on an Embedded buffer's mode line.  @xref{Embedded Mode}.
15880 @node Arithmetic, Scientific Functions, Mode Settings, Top
15881 @chapter Arithmetic Functions
15883 @noindent
15884 This chapter describes the Calc commands for doing simple calculations
15885 on numbers, such as addition, absolute value, and square roots.  These
15886 commands work by removing the top one or two values from the stack,
15887 performing the desired operation, and pushing the result back onto the
15888 stack.  If the operation cannot be performed, the result pushed is a
15889 formula instead of a number, such as @samp{2/0} (because division by zero
15890 is invalid) or @samp{sqrt(x)} (because the argument @samp{x} is a formula).
15892 Most of the commands described here can be invoked by a single keystroke.
15893 Some of the more obscure ones are two-letter sequences beginning with
15894 the @kbd{f} (``functions'') prefix key.
15896 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
15897 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
15898 interpret a prefix argument.
15900 @menu
15901 * Basic Arithmetic::
15902 * Integer Truncation::
15903 * Complex Number Functions::
15904 * Conversions::
15905 * Date Arithmetic::
15906 * Financial Functions::
15907 * Binary Functions::
15908 @end menu
15910 @node Basic Arithmetic, Integer Truncation, Arithmetic, Arithmetic
15911 @section Basic Arithmetic
15913 @noindent
15914 @kindex +
15915 @pindex calc-plus
15916 @ignore
15917 @mindex @null
15918 @end ignore
15919 @tindex +
15920 The @kbd{+} (@code{calc-plus}) command adds two numbers.  The numbers may
15921 be any of the standard Calc data types.  The resulting sum is pushed back
15922 onto the stack.
15924 If both arguments of @kbd{+} are vectors or matrices (of matching dimensions),
15925 the result is a vector or matrix sum.  If one argument is a vector and the
15926 other a scalar (i.e., a non-vector), the scalar is added to each of the
15927 elements of the vector to form a new vector.  If the scalar is not a
15928 number, the operation is left in symbolic form:  Suppose you added @samp{x}
15929 to the vector @samp{[1,2]}.  You may want the result @samp{[1+x,2+x]}, or
15930 you may plan to substitute a 2-vector for @samp{x} in the future.  Since
15931 the Calculator can't tell which interpretation you want, it makes the
15932 safest assumption.  @xref{Reducing and Mapping}, for a way to add @samp{x}
15933 to every element of a vector.
15935 If either argument of @kbd{+} is a complex number, the result will in general
15936 be complex.  If one argument is in rectangular form and the other polar,
15937 the current Polar mode determines the form of the result.  If Symbolic
15938 mode is enabled, the sum may be left as a formula if the necessary
15939 conversions for polar addition are non-trivial.
15941 If both arguments of @kbd{+} are HMS forms, the forms are added according to
15942 the usual conventions of hours-minutes-seconds notation.  If one argument
15943 is an HMS form and the other is a number, that number is converted from
15944 degrees or radians (depending on the current Angular mode) to HMS format
15945 and then the two HMS forms are added.
15947 If one argument of @kbd{+} is a date form, the other can be either a
15948 real number, which advances the date by a certain number of days, or
15949 an HMS form, which advances the date by a certain amount of time.
15950 Subtracting two date forms yields the number of days between them.
15951 Adding two date forms is meaningless, but Calc interprets it as the
15952 subtraction of one date form and the negative of the other.  (The
15953 negative of a date form can be understood by remembering that dates
15954 are stored as the number of days before or after Jan 1, 1 AD.)
15956 If both arguments of @kbd{+} are error forms, the result is an error form
15957 with an appropriately computed standard deviation.  If one argument is an
15958 error form and the other is a number, the number is taken to have zero error.
15959 Error forms may have symbolic formulas as their mean and/or error parts;
15960 adding these will produce a symbolic error form result.  However, adding an
15961 error form to a plain symbolic formula (as in @samp{(a +/- b) + c}) will not
15962 work, for the same reasons just mentioned for vectors.  Instead you must
15963 write @samp{(a +/- b) + (c +/- 0)}.
15965 If both arguments of @kbd{+} are modulo forms with equal values of @expr{M},
15966 or if one argument is a modulo form and the other a plain number, the
15967 result is a modulo form which represents the sum, modulo @expr{M}, of
15968 the two values.
15970 If both arguments of @kbd{+} are intervals, the result is an interval
15971 which describes all possible sums of the possible input values.  If
15972 one argument is a plain number, it is treated as the interval
15973 @w{@samp{[x ..@: x]}}.
15975 If one argument of @kbd{+} is an infinity and the other is not, the
15976 result is that same infinity.  If both arguments are infinite and in
15977 the same direction, the result is the same infinity, but if they are
15978 infinite in different directions the result is @code{nan}.
15980 @kindex -
15981 @pindex calc-minus
15982 @ignore
15983 @mindex @null
15984 @end ignore
15985 @tindex -
15986 The @kbd{-} (@code{calc-minus}) command subtracts two values.  The top
15987 number on the stack is subtracted from the one behind it, so that the
15988 computation @kbd{5 @key{RET} 2 -} produces 3, not @mathit{-3}.  All options
15989 available for @kbd{+} are available for @kbd{-} as well.
15991 @kindex *
15992 @pindex calc-times
15993 @ignore
15994 @mindex @null
15995 @end ignore
15996 @tindex *
15997 The @kbd{*} (@code{calc-times}) command multiplies two numbers.  If one
15998 argument is a vector and the other a scalar, the scalar is multiplied by
15999 the elements of the vector to produce a new vector.  If both arguments
16000 are vectors, the interpretation depends on the dimensions of the
16001 vectors:  If both arguments are matrices, a matrix multiplication is
16002 done.  If one argument is a matrix and the other a plain vector, the
16003 vector is interpreted as a row vector or column vector, whichever is
16004 dimensionally correct.  If both arguments are plain vectors, the result
16005 is a single scalar number which is the dot product of the two vectors.
16007 If one argument of @kbd{*} is an HMS form and the other a number, the
16008 HMS form is multiplied by that amount.  It is an error to multiply two
16009 HMS forms together, or to attempt any multiplication involving date
16010 forms.  Error forms, modulo forms, and intervals can be multiplied;
16011 see the comments for addition of those forms.  When two error forms
16012 or intervals are multiplied they are considered to be statistically
16013 independent; thus, @samp{[-2 ..@: 3] * [-2 ..@: 3]} is @samp{[-6 ..@: 9]},
16014 whereas @w{@samp{[-2 ..@: 3] ^ 2}} is @samp{[0 ..@: 9]}.
16016 @kindex /
16017 @pindex calc-divide
16018 @ignore
16019 @mindex @null
16020 @end ignore
16021 @tindex /
16022 The @kbd{/} (@code{calc-divide}) command divides two numbers.  
16024 When combining multiplication and division in an algebraic formula, it
16025 is good style to use parentheses to distinguish between possible
16026 interpretations; the expression @samp{a/b*c} should be written
16027 @samp{(a/b)*c} or @samp{a/(b*c)}, as appropriate.  Without the
16028 parentheses, Calc will interpret @samp{a/b*c} as @samp{a/(b*c)}, since
16029 in algebraic entry Calc gives division a lower precedence than
16030 multiplication. (This is not standard across all computer languages, and
16031 Calc may change the precedence depending on the language mode being used.  
16032 @xref{Language Modes}.)  This default ordering can be changed by setting
16033 the customizable variable @code{calc-multiplication-has-precedence} to
16034 @code{nil} (@pxref{Customizing Calc}); this will give multiplication and
16035 division equal precedences.  Note that Calc's default choice of
16036 precedence allows @samp{a b / c d} to be used as a shortcut for
16037 @smallexample
16038 @group
16039 a b
16040 ---.
16041 c d
16042 @end group
16043 @end smallexample
16045 When dividing a scalar @expr{B} by a square matrix @expr{A}, the
16046 computation performed is @expr{B} times the inverse of @expr{A}.  This
16047 also occurs if @expr{B} is itself a vector or matrix, in which case the
16048 effect is to solve the set of linear equations represented by @expr{B}.
16049 If @expr{B} is a matrix with the same number of rows as @expr{A}, or a
16050 plain vector (which is interpreted here as a column vector), then the
16051 equation @expr{A X = B} is solved for the vector or matrix @expr{X}.
16052 Otherwise, if @expr{B} is a non-square matrix with the same number of
16053 @emph{columns} as @expr{A}, the equation @expr{X A = B} is solved.  If
16054 you wish a vector @expr{B} to be interpreted as a row vector to be
16055 solved as @expr{X A = B}, make it into a one-row matrix with @kbd{C-u 1
16056 v p} first.  To force a left-handed solution with a square matrix
16057 @expr{B}, transpose @expr{A} and @expr{B} before dividing, then
16058 transpose the result.
16060 HMS forms can be divided by real numbers or by other HMS forms.  Error
16061 forms can be divided in any combination of ways.  Modulo forms where both
16062 values and the modulo are integers can be divided to get an integer modulo
16063 form result.  Intervals can be divided; dividing by an interval that
16064 encompasses zero or has zero as a limit will result in an infinite
16065 interval.
16067 @kindex ^
16068 @pindex calc-power
16069 @ignore
16070 @mindex @null
16071 @end ignore
16072 @tindex ^
16073 The @kbd{^} (@code{calc-power}) command raises a number to a power.  If
16074 the power is an integer, an exact result is computed using repeated
16075 multiplications.  For non-integer powers, Calc uses Newton's method or
16076 logarithms and exponentials.  Square matrices can be raised to integer
16077 powers.  If either argument is an error (or interval or modulo) form,
16078 the result is also an error (or interval or modulo) form.
16080 @kindex I ^
16081 @tindex nroot
16082 If you press the @kbd{I} (inverse) key first, the @kbd{I ^} command
16083 computes an Nth root:  @kbd{125 @key{RET} 3 I ^} computes the number 5.
16084 (This is entirely equivalent to @kbd{125 @key{RET} 1:3 ^}.)
16086 @kindex \
16087 @pindex calc-idiv
16088 @tindex idiv
16089 @ignore
16090 @mindex @null
16091 @end ignore
16092 @tindex \
16093 The @kbd{\} (@code{calc-idiv}) command divides two numbers on the stack
16094 to produce an integer result.  It is equivalent to dividing with
16095 @key{/}, then rounding down with @kbd{F} (@code{calc-floor}), only a bit
16096 more convenient and efficient.  Also, since it is an all-integer
16097 operation when the arguments are integers, it avoids problems that
16098 @kbd{/ F} would have with floating-point roundoff.
16100 @kindex %
16101 @pindex calc-mod
16102 @ignore
16103 @mindex @null
16104 @end ignore
16105 @tindex %
16106 The @kbd{%} (@code{calc-mod}) command performs a ``modulo'' (or ``remainder'')
16107 operation.  Mathematically, @samp{a%b = a - (a\b)*b}, and is defined
16108 for all real numbers @expr{a} and @expr{b} (except @expr{b=0}).  For
16109 positive @expr{b}, the result will always be between 0 (inclusive) and
16110 @expr{b} (exclusive).  Modulo does not work for HMS forms and error forms.
16111 If @expr{a} is a modulo form, its modulo is changed to @expr{b}, which
16112 must be positive real number.
16114 @kindex :
16115 @pindex calc-fdiv
16116 @tindex fdiv
16117 The @kbd{:} (@code{calc-fdiv}) [@code{fdiv}] command
16118 divides the two integers on the top of the stack to produce a fractional
16119 result.  This is a convenient shorthand for enabling Fraction mode (with
16120 @kbd{m f}) temporarily and using @samp{/}.  Note that during numeric entry
16121 the @kbd{:} key is interpreted as a fraction separator, so to divide 8 by 6
16122 you would have to type @kbd{8 @key{RET} 6 @key{RET} :}.  (Of course, in
16123 this case, it would be much easier simply to enter the fraction directly
16124 as @kbd{8:6 @key{RET}}!)
16126 @kindex n
16127 @pindex calc-change-sign
16128 The @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the number on the top
16129 of the stack.  It works on numbers, vectors and matrices, HMS forms, date
16130 forms, error forms, intervals, and modulo forms.
16132 @kindex A
16133 @pindex calc-abs
16134 @tindex abs
16135 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the absolute
16136 value of a number.  The result of @code{abs} is always a nonnegative
16137 real number:  With a complex argument, it computes the complex magnitude.
16138 With a vector or matrix argument, it computes the Frobenius norm, i.e.,
16139 the square root of the sum of the squares of the absolute values of the
16140 elements.  The absolute value of an error form is defined by replacing
16141 the mean part with its absolute value and leaving the error part the same.
16142 The absolute value of a modulo form is undefined.  The absolute value of
16143 an interval is defined in the obvious way.
16145 @kindex f A
16146 @pindex calc-abssqr
16147 @tindex abssqr
16148 The @kbd{f A} (@code{calc-abssqr}) [@code{abssqr}] command computes the
16149 absolute value squared of a number, vector or matrix, or error form.
16151 @kindex f s
16152 @pindex calc-sign
16153 @tindex sign
16154 The @kbd{f s} (@code{calc-sign}) [@code{sign}] command returns 1 if its
16155 argument is positive, @mathit{-1} if its argument is negative, or 0 if its
16156 argument is zero.  In algebraic form, you can also write @samp{sign(a,x)}
16157 which evaluates to @samp{x * sign(a)}, i.e., either @samp{x}, @samp{-x}, or
16158 zero depending on the sign of @samp{a}.
16160 @kindex &
16161 @pindex calc-inv
16162 @tindex inv
16163 @cindex Reciprocal
16164 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
16165 reciprocal of a number, i.e., @expr{1 / x}.  Operating on a square
16166 matrix, it computes the inverse of that matrix.
16168 @kindex Q
16169 @pindex calc-sqrt
16170 @tindex sqrt
16171 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] command computes the square
16172 root of a number.  For a negative real argument, the result will be a
16173 complex number whose form is determined by the current Polar mode.
16175 @kindex f h
16176 @pindex calc-hypot
16177 @tindex hypot
16178 The @kbd{f h} (@code{calc-hypot}) [@code{hypot}] command computes the square
16179 root of the sum of the squares of two numbers.  That is, @samp{hypot(a,b)}
16180 is the length of the hypotenuse of a right triangle with sides @expr{a}
16181 and @expr{b}.  If the arguments are complex numbers, their squared
16182 magnitudes are used.
16184 @kindex f Q
16185 @pindex calc-isqrt
16186 @tindex isqrt
16187 The @kbd{f Q} (@code{calc-isqrt}) [@code{isqrt}] command computes the
16188 integer square root of an integer.  This is the true square root of the
16189 number, rounded down to an integer.  For example, @samp{isqrt(10)}
16190 produces 3.  Note that, like @kbd{\} [@code{idiv}], this uses exact
16191 integer arithmetic throughout to avoid roundoff problems.  If the input
16192 is a floating-point number or other non-integer value, this is exactly
16193 the same as @samp{floor(sqrt(x))}.
16195 @kindex f n
16196 @kindex f x
16197 @pindex calc-min
16198 @tindex min
16199 @pindex calc-max
16200 @tindex max
16201 The @kbd{f n} (@code{calc-min}) [@code{min}] and @kbd{f x} (@code{calc-max})
16202 [@code{max}] commands take the minimum or maximum of two real numbers,
16203 respectively.  These commands also work on HMS forms, date forms,
16204 intervals, and infinities.  (In algebraic expressions, these functions
16205 take any number of arguments and return the maximum or minimum among
16206 all the arguments.)
16208 @kindex f M
16209 @kindex f X
16210 @pindex calc-mant-part
16211 @tindex mant
16212 @pindex calc-xpon-part
16213 @tindex xpon
16214 The @kbd{f M} (@code{calc-mant-part}) [@code{mant}] function extracts
16215 the ``mantissa'' part @expr{m} of its floating-point argument; @kbd{f X}
16216 (@code{calc-xpon-part}) [@code{xpon}] extracts the ``exponent'' part
16217 @expr{e}.  The original number is equal to 
16218 @texline @math{m \times 10^e},
16219 @infoline @expr{m * 10^e},
16220 where @expr{m} is in the interval @samp{[1.0 ..@: 10.0)} except that
16221 @expr{m=e=0} if the original number is zero.  For integers
16222 and fractions, @code{mant} returns the number unchanged and @code{xpon}
16223 returns zero.  The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command can also be
16224 used to ``unpack'' a floating-point number; this produces an integer
16225 mantissa and exponent, with the constraint that the mantissa is not
16226 a multiple of ten (again except for the @expr{m=e=0} case).
16228 @kindex f S
16229 @pindex calc-scale-float
16230 @tindex scf
16231 The @kbd{f S} (@code{calc-scale-float}) [@code{scf}] function scales a number
16232 by a given power of ten.  Thus, @samp{scf(mant(x), xpon(x)) = x} for any
16233 real @samp{x}.  The second argument must be an integer, but the first
16234 may actually be any numeric value.  For example, @samp{scf(5,-2) = 0.05}
16235 or @samp{1:20} depending on the current Fraction mode.
16237 @kindex f [
16238 @kindex f ]
16239 @pindex calc-decrement
16240 @pindex calc-increment
16241 @tindex decr
16242 @tindex incr
16243 The @kbd{f [} (@code{calc-decrement}) [@code{decr}] and @kbd{f ]}
16244 (@code{calc-increment}) [@code{incr}] functions decrease or increase
16245 a number by one unit.  For integers, the effect is obvious.  For
16246 floating-point numbers, the change is by one unit in the last place.
16247 For example, incrementing @samp{12.3456} when the current precision
16248 is 6 digits yields @samp{12.3457}.  If the current precision had been
16249 8 digits, the result would have been @samp{12.345601}.  Incrementing
16250 @samp{0.0} produces 
16251 @texline @math{10^{-p}},
16252 @infoline @expr{10^-p}, 
16253 where @expr{p} is the current
16254 precision.  These operations are defined only on integers and floats.
16255 With numeric prefix arguments, they change the number by @expr{n} units.
16257 Note that incrementing followed by decrementing, or vice-versa, will
16258 almost but not quite always cancel out.  Suppose the precision is
16259 6 digits and the number @samp{9.99999} is on the stack.  Incrementing
16260 will produce @samp{10.0000}; decrementing will produce @samp{9.9999}.
16261 One digit has been dropped.  This is an unavoidable consequence of the
16262 way floating-point numbers work.
16264 Incrementing a date/time form adjusts it by a certain number of seconds.
16265 Incrementing a pure date form adjusts it by a certain number of days.
16267 @node Integer Truncation, Complex Number Functions, Basic Arithmetic, Arithmetic
16268 @section Integer Truncation
16270 @noindent
16271 There are four commands for truncating a real number to an integer,
16272 differing mainly in their treatment of negative numbers.  All of these
16273 commands have the property that if the argument is an integer, the result
16274 is the same integer.  An integer-valued floating-point argument is converted
16275 to integer form.
16277 If you press @kbd{H} (@code{calc-hyperbolic}) first, the result will be
16278 expressed as an integer-valued floating-point number.
16280 @cindex Integer part of a number
16281 @kindex F
16282 @pindex calc-floor
16283 @tindex floor
16284 @tindex ffloor
16285 @ignore
16286 @mindex @null
16287 @end ignore
16288 @kindex H F
16289 The @kbd{F} (@code{calc-floor}) [@code{floor} or @code{ffloor}] command
16290 truncates a real number to the next lower integer, i.e., toward minus
16291 infinity.  Thus @kbd{3.6 F} produces 3, but @kbd{_3.6 F} produces
16292 @mathit{-4}.
16294 @kindex I F
16295 @pindex calc-ceiling
16296 @tindex ceil
16297 @tindex fceil
16298 @ignore
16299 @mindex @null
16300 @end ignore
16301 @kindex H I F
16302 The @kbd{I F} (@code{calc-ceiling}) [@code{ceil} or @code{fceil}]
16303 command truncates toward positive infinity.  Thus @kbd{3.6 I F} produces
16304 4, and @kbd{_3.6 I F} produces @mathit{-3}.
16306 @kindex R
16307 @pindex calc-round
16308 @tindex round
16309 @tindex fround
16310 @ignore
16311 @mindex @null
16312 @end ignore
16313 @kindex H R
16314 The @kbd{R} (@code{calc-round}) [@code{round} or @code{fround}] command
16315 rounds to the nearest integer.  When the fractional part is .5 exactly,
16316 this command rounds away from zero.  (All other rounding in the
16317 Calculator uses this convention as well.)  Thus @kbd{3.5 R} produces 4
16318 but @kbd{3.4 R} produces 3; @kbd{_3.5 R} produces @mathit{-4}.
16320 @kindex I R
16321 @pindex calc-trunc
16322 @tindex trunc
16323 @tindex ftrunc
16324 @ignore
16325 @mindex @null
16326 @end ignore
16327 @kindex H I R
16328 The @kbd{I R} (@code{calc-trunc}) [@code{trunc} or @code{ftrunc}]
16329 command truncates toward zero.  In other words, it ``chops off''
16330 everything after the decimal point.  Thus @kbd{3.6 I R} produces 3 and
16331 @kbd{_3.6 I R} produces @mathit{-3}.
16333 These functions may not be applied meaningfully to error forms, but they
16334 do work for intervals.  As a convenience, applying @code{floor} to a
16335 modulo form floors the value part of the form.  Applied to a vector,
16336 these functions operate on all elements of the vector one by one.
16337 Applied to a date form, they operate on the internal numerical
16338 representation of dates, converting a date/time form into a pure date.
16340 @ignore
16341 @starindex
16342 @end ignore
16343 @tindex rounde
16344 @ignore
16345 @starindex
16346 @end ignore
16347 @tindex roundu
16348 @ignore
16349 @starindex
16350 @end ignore
16351 @tindex frounde
16352 @ignore
16353 @starindex
16354 @end ignore
16355 @tindex froundu
16356 There are two more rounding functions which can only be entered in
16357 algebraic notation.  The @code{roundu} function is like @code{round}
16358 except that it rounds up, toward plus infinity, when the fractional
16359 part is .5.  This distinction matters only for negative arguments.
16360 Also, @code{rounde} rounds to an even number in the case of a tie,
16361 rounding up or down as necessary.  For example, @samp{rounde(3.5)} and
16362 @samp{rounde(4.5)} both return 4, but @samp{rounde(5.5)} returns 6.
16363 The advantage of round-to-even is that the net error due to rounding
16364 after a long calculation tends to cancel out to zero.  An important
16365 subtle point here is that the number being fed to @code{rounde} will
16366 already have been rounded to the current precision before @code{rounde}
16367 begins.  For example, @samp{rounde(2.500001)} with a current precision
16368 of 6 will incorrectly, or at least surprisingly, yield 2 because the
16369 argument will first have been rounded down to @expr{2.5} (which
16370 @code{rounde} sees as an exact tie between 2 and 3).
16372 Each of these functions, when written in algebraic formulas, allows
16373 a second argument which specifies the number of digits after the
16374 decimal point to keep.  For example, @samp{round(123.4567, 2)} will
16375 produce the answer 123.46, and @samp{round(123.4567, -1)} will
16376 produce 120 (i.e., the cutoff is one digit to the @emph{left} of
16377 the decimal point).  A second argument of zero is equivalent to
16378 no second argument at all.
16380 @cindex Fractional part of a number
16381 To compute the fractional part of a number (i.e., the amount which, when
16382 added to `@tfn{floor(}@var{n}@tfn{)}', will produce @var{n}) just take @var{n}
16383 modulo 1 using the @code{%} command.
16385 Note also the @kbd{\} (integer quotient), @kbd{f I} (integer logarithm),
16386 and @kbd{f Q} (integer square root) commands, which are analogous to
16387 @kbd{/}, @kbd{B}, and @kbd{Q}, respectively, except that they take integer
16388 arguments and return the result rounded down to an integer.
16390 @node Complex Number Functions, Conversions, Integer Truncation, Arithmetic
16391 @section Complex Number Functions
16393 @noindent
16394 @kindex J
16395 @pindex calc-conj
16396 @tindex conj
16397 The @kbd{J} (@code{calc-conj}) [@code{conj}] command computes the
16398 complex conjugate of a number.  For complex number @expr{a+bi}, the
16399 complex conjugate is @expr{a-bi}.  If the argument is a real number,
16400 this command leaves it the same.  If the argument is a vector or matrix,
16401 this command replaces each element by its complex conjugate.
16403 @kindex G
16404 @pindex calc-argument
16405 @tindex arg
16406 The @kbd{G} (@code{calc-argument}) [@code{arg}] command computes the
16407 ``argument'' or polar angle of a complex number.  For a number in polar
16408 notation, this is simply the second component of the pair
16409 @texline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@math{\theta}@tfn{)}'.
16410 @infoline `@tfn{(}@var{r}@tfn{;}@var{theta}@tfn{)}'.
16411 The result is expressed according to the current angular mode and will
16412 be in the range @mathit{-180} degrees (exclusive) to @mathit{+180} degrees
16413 (inclusive), or the equivalent range in radians.
16415 @pindex calc-imaginary
16416 The @code{calc-imaginary} command multiplies the number on the
16417 top of the stack by the imaginary number @expr{i = (0,1)}.  This
16418 command is not normally bound to a key in Calc, but it is available
16419 on the @key{IMAG} button in Keypad mode.
16421 @kindex f r
16422 @pindex calc-re
16423 @tindex re
16424 The @kbd{f r} (@code{calc-re}) [@code{re}] command replaces a complex number
16425 by its real part.  This command has no effect on real numbers.  (As an
16426 added convenience, @code{re} applied to a modulo form extracts
16427 the value part.)
16429 @kindex f i
16430 @pindex calc-im
16431 @tindex im
16432 The @kbd{f i} (@code{calc-im}) [@code{im}] command replaces a complex number
16433 by its imaginary part; real numbers are converted to zero.  With a vector
16434 or matrix argument, these functions operate element-wise.
16436 @ignore
16437 @mindex v p
16438 @end ignore
16439 @kindex v p (complex)
16440 @pindex calc-pack
16441 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) command can pack the top two numbers on
16442 the stack into a composite object such as a complex number.  With
16443 a prefix argument of @mathit{-1}, it produces a rectangular complex number;
16444 with an argument of @mathit{-2}, it produces a polar complex number.
16445 (Also, @pxref{Building Vectors}.)
16447 @ignore
16448 @mindex v u
16449 @end ignore
16450 @kindex v u (complex)
16451 @pindex calc-unpack
16452 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the complex number
16453 (or other composite object) on the top of the stack and unpacks it
16454 into its separate components.
16456 @node Conversions, Date Arithmetic, Complex Number Functions, Arithmetic
16457 @section Conversions
16459 @noindent
16460 The commands described in this section convert numbers from one form
16461 to another; they are two-key sequences beginning with the letter @kbd{c}.
16463 @kindex c f
16464 @pindex calc-float
16465 @tindex pfloat
16466 The @kbd{c f} (@code{calc-float}) [@code{pfloat}] command converts the
16467 number on the top of the stack to floating-point form.  For example,
16468 @expr{23} is converted to @expr{23.0}, @expr{3:2} is converted to
16469 @expr{1.5}, and @expr{2.3} is left the same.  If the value is a composite
16470 object such as a complex number or vector, each of the components is
16471 converted to floating-point.  If the value is a formula, all numbers
16472 in the formula are converted to floating-point.  Note that depending
16473 on the current floating-point precision, conversion to floating-point
16474 format may lose information.
16476 As a special exception, integers which appear as powers or subscripts
16477 are not floated by @kbd{c f}.  If you really want to float a power,
16478 you can use a @kbd{j s} command to select the power followed by @kbd{c f}.
16479 Because @kbd{c f} cannot examine the formula outside of the selection,
16480 it does not notice that the thing being floated is a power.
16481 @xref{Selecting Subformulas}.
16483 The normal @kbd{c f} command is ``pervasive'' in the sense that it
16484 applies to all numbers throughout the formula.  The @code{pfloat}
16485 algebraic function never stays around in a formula; @samp{pfloat(a + 1)}
16486 changes to @samp{a + 1.0} as soon as it is evaluated.
16488 @kindex H c f
16489 @tindex float
16490 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c f} [@code{float}] operates
16491 only on the number or vector of numbers at the top level of its
16492 argument.  Thus, @samp{float(1)} is 1.0, but @samp{float(a + 1)}
16493 is left unevaluated because its argument is not a number.
16495 You should use @kbd{H c f} if you wish to guarantee that the final
16496 value, once all the variables have been assigned, is a float; you
16497 would use @kbd{c f} if you wish to do the conversion on the numbers
16498 that appear right now.
16500 @kindex c F
16501 @pindex calc-fraction
16502 @tindex pfrac
16503 The @kbd{c F} (@code{calc-fraction}) [@code{pfrac}] command converts a
16504 floating-point number into a fractional approximation.  By default, it
16505 produces a fraction whose decimal representation is the same as the
16506 input number, to within the current precision.  You can also give a
16507 numeric prefix argument to specify a tolerance, either directly, or,
16508 if the prefix argument is zero, by using the number on top of the stack
16509 as the tolerance.  If the tolerance is a positive integer, the fraction
16510 is correct to within that many significant figures.  If the tolerance is
16511 a non-positive integer, it specifies how many digits fewer than the current
16512 precision to use.  If the tolerance is a floating-point number, the
16513 fraction is correct to within that absolute amount.
16515 @kindex H c F
16516 @tindex frac
16517 The @code{pfrac} function is pervasive, like @code{pfloat}.
16518 There is also a non-pervasive version, @kbd{H c F} [@code{frac}],
16519 which is analogous to @kbd{H c f} discussed above.
16521 @kindex c d
16522 @pindex calc-to-degrees
16523 @tindex deg
16524 The @kbd{c d} (@code{calc-to-degrees}) [@code{deg}] command converts a
16525 number into degrees form.  The value on the top of the stack may be an
16526 HMS form (interpreted as degrees-minutes-seconds), or a real number which
16527 will be interpreted in radians regardless of the current angular mode.
16529 @kindex c r
16530 @pindex calc-to-radians
16531 @tindex rad
16532 The @kbd{c r} (@code{calc-to-radians}) [@code{rad}] command converts an
16533 HMS form or angle in degrees into an angle in radians.
16535 @kindex c h
16536 @pindex calc-to-hms
16537 @tindex hms
16538 The @kbd{c h} (@code{calc-to-hms}) [@code{hms}] command converts a real
16539 number, interpreted according to the current angular mode, to an HMS
16540 form describing the same angle.  In algebraic notation, the @code{hms}
16541 function also accepts three arguments: @samp{hms(@var{h}, @var{m}, @var{s})}.
16542 (The three-argument version is independent of the current angular mode.)
16544 @pindex calc-from-hms
16545 The @code{calc-from-hms} command converts the HMS form on the top of the
16546 stack into a real number according to the current angular mode.
16548 @kindex c p
16549 @kindex I c p
16550 @pindex calc-polar
16551 @tindex polar
16552 @tindex rect
16553 The @kbd{c p} (@code{calc-polar}) command converts the complex number on
16554 the top of the stack from polar to rectangular form, or from rectangular
16555 to polar form, whichever is appropriate.  Real numbers are left the same.
16556 This command is equivalent to the @code{rect} or @code{polar}
16557 functions in algebraic formulas, depending on the direction of
16558 conversion.  (It uses @code{polar}, except that if the argument is
16559 already a polar complex number, it uses @code{rect} instead.  The
16560 @kbd{I c p} command always uses @code{rect}.)
16562 @kindex c c
16563 @pindex calc-clean
16564 @tindex pclean
16565 The @kbd{c c} (@code{calc-clean}) [@code{pclean}] command ``cleans'' the
16566 number on the top of the stack.  Floating point numbers are re-rounded
16567 according to the current precision.  Polar numbers whose angular
16568 components have strayed from the @mathit{-180} to @mathit{+180} degree range
16569 are normalized.  (Note that results will be undesirable if the current
16570 angular mode is different from the one under which the number was
16571 produced!)  Integers and fractions are generally unaffected by this
16572 operation.  Vectors and formulas are cleaned by cleaning each component
16573 number (i.e., pervasively).
16575 If the simplification mode is set below the default level, it is raised
16576 to the default level for the purposes of this command.  Thus, @kbd{c c}
16577 applies the default simplifications even if their automatic application
16578 is disabled.  @xref{Simplification Modes}.
16580 @cindex Roundoff errors, correcting
16581 A numeric prefix argument to @kbd{c c} sets the floating-point precision
16582 to that value for the duration of the command.  A positive prefix (of at
16583 least 3) sets the precision to the specified value; a negative or zero
16584 prefix decreases the precision by the specified amount.
16586 @kindex c 0-9
16587 @pindex calc-clean-num
16588 The keystroke sequences @kbd{c 0} through @kbd{c 9} are equivalent
16589 to @kbd{c c} with the corresponding negative prefix argument.  If roundoff
16590 errors have changed 2.0 into 1.999999, typing @kbd{c 1} to clip off one
16591 decimal place often conveniently does the trick.
16593 The @kbd{c c} command with a numeric prefix argument, and the @kbd{c 0}
16594 through @kbd{c 9} commands, also ``clip'' very small floating-point
16595 numbers to zero.  If the exponent is less than or equal to the negative
16596 of the specified precision, the number is changed to 0.0.  For example,
16597 if the current precision is 12, then @kbd{c 2} changes the vector
16598 @samp{[1e-8, 1e-9, 1e-10, 1e-11]} to @samp{[1e-8, 1e-9, 0, 0]}.
16599 Numbers this small generally arise from roundoff noise.
16601 If the numbers you are using really are legitimately this small,
16602 you should avoid using the @kbd{c 0} through @kbd{c 9} commands.
16603 (The plain @kbd{c c} command rounds to the current precision but
16604 does not clip small numbers.)
16606 One more property of @kbd{c 0} through @kbd{c 9}, and of @kbd{c c} with
16607 a prefix argument, is that integer-valued floats are converted to
16608 plain integers, so that @kbd{c 1} on @samp{[1., 1.5, 2., 2.5, 3.]}
16609 produces @samp{[1, 1.5, 2, 2.5, 3]}.  This is not done for huge
16610 numbers (@samp{1e100} is technically an integer-valued float, but
16611 you wouldn't want it automatically converted to a 100-digit integer).
16613 @kindex H c 0-9
16614 @kindex H c c
16615 @tindex clean
16616 With the Hyperbolic flag, @kbd{H c c} and @kbd{H c 0} through @kbd{H c 9}
16617 operate non-pervasively [@code{clean}].
16619 @node Date Arithmetic, Financial Functions, Conversions, Arithmetic
16620 @section Date Arithmetic
16622 @noindent
16623 @cindex Date arithmetic, additional functions
16624 The commands described in this section perform various conversions
16625 and calculations involving date forms (@pxref{Date Forms}).  They
16626 use the @kbd{t} (for time/date) prefix key followed by shifted
16627 letters.
16629 The simplest date arithmetic is done using the regular @kbd{+} and @kbd{-}
16630 commands.  In particular, adding a number to a date form advances the
16631 date form by a certain number of days; adding an HMS form to a date
16632 form advances the date by a certain amount of time; and subtracting two
16633 date forms produces a difference measured in days.  The commands
16634 described here provide additional, more specialized operations on dates.
16636 Many of these commands accept a numeric prefix argument; if you give
16637 plain @kbd{C-u} as the prefix, these commands will instead take the
16638 additional argument from the top of the stack.
16640 @menu
16641 * Date Conversions::
16642 * Date Functions::
16643 * Time Zones::
16644 * Business Days::
16645 @end menu
16647 @node Date Conversions, Date Functions, Date Arithmetic, Date Arithmetic
16648 @subsection Date Conversions
16650 @noindent
16651 @kindex t D
16652 @pindex calc-date
16653 @tindex date
16654 The @kbd{t D} (@code{calc-date}) [@code{date}] command converts a
16655 date form into a number, measured in days since Jan 1, 1 AD.  The
16656 result will be an integer if @var{date} is a pure date form, or a
16657 fraction or float if @var{date} is a date/time form.  Or, if its
16658 argument is a number, it converts this number into a date form.
16660 With a numeric prefix argument, @kbd{t D} takes that many objects
16661 (up to six) from the top of the stack and interprets them in one
16662 of the following ways:
16664 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day})} function
16665 builds a pure date form out of the specified year, month, and
16666 day, which must all be integers.  @var{Year} is a year number,
16667 such as 1991 (@emph{not} the same as 91!).  @var{Month} must be
16668 an integer in the range 1 to 12; @var{day} must be in the range
16669 1 to 31.  If the specified month has fewer than 31 days and
16670 @var{day} is too large, the equivalent day in the following
16671 month will be used.
16673 The @samp{date(@var{month}, @var{day})} function builds a
16674 pure date form using the current year, as determined by the
16675 real-time clock.
16677 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hms})}
16678 function builds a date/time form using an @var{hms} form.
16680 The @samp{date(@var{year}, @var{month}, @var{day}, @var{hour},
16681 @var{minute}, @var{second})} function builds a date/time form.
16682 @var{hour} should be an integer in the range 0 to 23;
16683 @var{minute} should be an integer in the range 0 to 59;
16684 @var{second} should be any real number in the range @samp{[0 .. 60)}.
16685 The last two arguments default to zero if omitted.
16687 @kindex t J
16688 @pindex calc-julian
16689 @tindex julian
16690 @cindex Julian day counts, conversions
16691 The @kbd{t J} (@code{calc-julian}) [@code{julian}] command converts
16692 a date form into a Julian day count, which is the number of days
16693 since noon (GMT) on Jan 1, 4713 BC.  A pure date is converted to an
16694 integer Julian count representing noon of that day.  A date/time form 
16695 is converted to an exact floating-point Julian count, adjusted to
16696 interpret the date form in the current time zone but the Julian
16697 day count in Greenwich Mean Time.  A numeric prefix argument allows
16698 you to specify the time zone; @pxref{Time Zones}.  Use a prefix of
16699 zero to suppress the time zone adjustment.  Note that pure date forms
16700 are never time-zone adjusted.
16702 This command can also do the opposite conversion, from a Julian day
16703 count (either an integer day, or a floating-point day and time in
16704 the GMT zone), into a pure date form or a date/time form in the
16705 current or specified time zone.
16707 @kindex t U
16708 @pindex calc-unix-time
16709 @tindex unixtime
16710 @cindex Unix time format, conversions
16711 The @kbd{t U} (@code{calc-unix-time}) [@code{unixtime}] command
16712 converts a date form into a Unix time value, which is the number of
16713 seconds since midnight on Jan 1, 1970, or vice-versa.  The numeric result
16714 will be an integer if the current precision is 12 or less; for higher
16715 precisions, the result may be a float with (@var{precision}@minus{}12)
16716 digits after the decimal.  Just as for @kbd{t J}, the numeric time
16717 is interpreted in the GMT time zone and the date form is interpreted
16718 in the current or specified zone.  Some systems use Unix-like
16719 numbering but with the local time zone; give a prefix of zero to
16720 suppress the adjustment if so.
16722 @kindex t C
16723 @pindex calc-convert-time-zones
16724 @tindex tzconv
16725 @cindex Time Zones, converting between
16726 The @kbd{t C} (@code{calc-convert-time-zones}) [@code{tzconv}]
16727 command converts a date form from one time zone to another.  You
16728 are prompted for each time zone name in turn; you can answer with
16729 any suitable Calc time zone expression (@pxref{Time Zones}).
16730 If you answer either prompt with a blank line, the local time
16731 zone is used for that prompt.  You can also answer the first
16732 prompt with @kbd{$} to take the two time zone names from the
16733 stack (and the date to be converted from the third stack level).
16735 @node Date Functions, Business Days, Date Conversions, Date Arithmetic
16736 @subsection Date Functions
16738 @noindent
16739 @kindex t N
16740 @pindex calc-now
16741 @tindex now
16742 The @kbd{t N} (@code{calc-now}) [@code{now}] command pushes the
16743 current date and time on the stack as a date form.  The time is
16744 reported in terms of the specified time zone; with no numeric prefix
16745 argument, @kbd{t N} reports for the current time zone.
16747 @kindex t P
16748 @pindex calc-date-part
16749 The @kbd{t P} (@code{calc-date-part}) command extracts one part
16750 of a date form.  The prefix argument specifies the part; with no
16751 argument, this command prompts for a part code from 1 to 9.
16752 The various part codes are described in the following paragraphs.
16754 @tindex year
16755 The @kbd{M-1 t P} [@code{year}] function extracts the year number
16756 from a date form as an integer, e.g., 1991.  This and the
16757 following functions will also accept a real number for an
16758 argument, which is interpreted as a standard Calc day number.
16759 Note that this function will never return zero, since the year
16760 1 BC immediately precedes the year 1 AD.
16762 @tindex month
16763 The @kbd{M-2 t P} [@code{month}] function extracts the month number
16764 from a date form as an integer in the range 1 to 12.
16766 @tindex day
16767 The @kbd{M-3 t P} [@code{day}] function extracts the day number
16768 from a date form as an integer in the range 1 to 31.
16770 @tindex hour
16771 The @kbd{M-4 t P} [@code{hour}] function extracts the hour from
16772 a date form as an integer in the range 0 (midnight) to 23.  Note
16773 that 24-hour time is always used.  This returns zero for a pure
16774 date form.  This function (and the following two) also accept
16775 HMS forms as input.
16777 @tindex minute
16778 The @kbd{M-5 t P} [@code{minute}] function extracts the minute
16779 from a date form as an integer in the range 0 to 59.
16781 @tindex second
16782 The @kbd{M-6 t P} [@code{second}] function extracts the second
16783 from a date form.  If the current precision is 12 or less,
16784 the result is an integer in the range 0 to 59.  For higher
16785 precisions, the result may instead be a floating-point number.
16787 @tindex weekday
16788 The @kbd{M-7 t P} [@code{weekday}] function extracts the weekday
16789 number from a date form as an integer in the range 0 (Sunday)
16790 to 6 (Saturday).
16792 @tindex yearday
16793 The @kbd{M-8 t P} [@code{yearday}] function extracts the day-of-year
16794 number from a date form as an integer in the range 1 (January 1)
16795 to 366 (December 31 of a leap year).
16797 @tindex time
16798 The @kbd{M-9 t P} [@code{time}] function extracts the time portion
16799 of a date form as an HMS form.  This returns @samp{0@@ 0' 0"}
16800 for a pure date form.
16802 @kindex t M
16803 @pindex calc-new-month
16804 @tindex newmonth
16805 The @kbd{t M} (@code{calc-new-month}) [@code{newmonth}] command
16806 computes a new date form that represents the first day of the month
16807 specified by the input date.  The result is always a pure date
16808 form; only the year and month numbers of the input are retained.
16809 With a numeric prefix argument @var{n} in the range from 1 to 31,
16810 @kbd{t M} computes the @var{n}th day of the month.  (If @var{n}
16811 is greater than the actual number of days in the month, or if
16812 @var{n} is zero, the last day of the month is used.)
16814 @kindex t Y
16815 @pindex calc-new-year
16816 @tindex newyear
16817 The @kbd{t Y} (@code{calc-new-year}) [@code{newyear}] command
16818 computes a new pure date form that represents the first day of
16819 the year specified by the input.  The month, day, and time
16820 of the input date form are lost.  With a numeric prefix argument
16821 @var{n} in the range from 1 to 366, @kbd{t Y} computes the
16822 @var{n}th day of the year (366 is treated as 365 in non-leap
16823 years).  A prefix argument of 0 computes the last day of the
16824 year (December 31).  A negative prefix argument from @mathit{-1} to
16825 @mathit{-12} computes the first day of the @var{n}th month of the year.
16827 @kindex t W
16828 @pindex calc-new-week
16829 @tindex newweek
16830 The @kbd{t W} (@code{calc-new-week}) [@code{newweek}] command
16831 computes a new pure date form that represents the Sunday on or before
16832 the input date.  With a numeric prefix argument, it can be made to
16833 use any day of the week as the starting day; the argument must be in
16834 the range from 0 (Sunday) to 6 (Saturday).  This function always
16835 subtracts between 0 and 6 days from the input date.
16837 Here's an example use of @code{newweek}:  Find the date of the next
16838 Wednesday after a given date.  Using @kbd{M-3 t W} or @samp{newweek(d, 3)}
16839 will give you the @emph{preceding} Wednesday, so @samp{newweek(d+7, 3)}
16840 will give you the following Wednesday.  A further look at the definition
16841 of @code{newweek} shows that if the input date is itself a Wednesday,
16842 this formula will return the Wednesday one week in the future.  An
16843 exercise for the reader is to modify this formula to yield the same day
16844 if the input is already a Wednesday.  Another interesting exercise is
16845 to preserve the time-of-day portion of the input (@code{newweek} resets
16846 the time to midnight; hint:@: how can @code{newweek} be defined in terms
16847 of the @code{weekday} function?).
16849 @ignore
16850 @starindex
16851 @end ignore
16852 @tindex pwday
16853 The @samp{pwday(@var{date})} function (not on any key) computes the
16854 day-of-month number of the Sunday on or before @var{date}.  With
16855 two arguments, @samp{pwday(@var{date}, @var{day})} computes the day
16856 number of the Sunday on or before day number @var{day} of the month
16857 specified by @var{date}.  The @var{day} must be in the range from
16858 7 to 31; if the day number is greater than the actual number of days
16859 in the month, the true number of days is used instead.  Thus
16860 @samp{pwday(@var{date}, 7)} finds the first Sunday of the month, and
16861 @samp{pwday(@var{date}, 31)} finds the last Sunday of the month.
16862 With a third @var{weekday} argument, @code{pwday} can be made to look
16863 for any day of the week instead of Sunday.
16865 @kindex t I
16866 @pindex calc-inc-month
16867 @tindex incmonth
16868 The @kbd{t I} (@code{calc-inc-month}) [@code{incmonth}] command
16869 increases a date form by one month, or by an arbitrary number of
16870 months specified by a numeric prefix argument.  The time portion,
16871 if any, of the date form stays the same.  The day also stays the
16872 same, except that if the new month has fewer days the day
16873 number may be reduced to lie in the valid range.  For example,
16874 @samp{incmonth(<Jan 31, 1991>)} produces @samp{<Feb 28, 1991>}.
16875 Because of this, @kbd{t I t I} and @kbd{M-2 t I} do not always give
16876 the same results (@samp{<Mar 28, 1991>} versus @samp{<Mar 31, 1991>}
16877 in this case).
16879 @ignore
16880 @starindex
16881 @end ignore
16882 @tindex incyear
16883 The @samp{incyear(@var{date}, @var{step})} function increases
16884 a date form by the specified number of years, which may be
16885 any positive or negative integer.  Note that @samp{incyear(d, n)}
16886 is equivalent to @w{@samp{incmonth(d, 12*n)}}, but these do not have
16887 simple equivalents in terms of day arithmetic because
16888 months and years have varying lengths.  If the @var{step}
16889 argument is omitted, 1 year is assumed.  There is no keyboard
16890 command for this function; use @kbd{C-u 12 t I} instead.
16892 There is no @code{newday} function at all because @kbd{F} [@code{floor}]
16893 serves this purpose.  Similarly, instead of @code{incday} and
16894 @code{incweek} simply use @expr{d + n} or @expr{d + 7 n}.
16896 @xref{Basic Arithmetic}, for the @kbd{f ]} [@code{incr}] command
16897 which can adjust a date/time form by a certain number of seconds.
16899 @node Business Days, Time Zones, Date Functions, Date Arithmetic
16900 @subsection Business Days
16902 @noindent
16903 Often time is measured in ``business days'' or ``working days,''
16904 where weekends and holidays are skipped.  Calc's normal date
16905 arithmetic functions use calendar days, so that subtracting two
16906 consecutive Mondays will yield a difference of 7 days.  By contrast,
16907 subtracting two consecutive Mondays would yield 5 business days
16908 (assuming two-day weekends and the absence of holidays).
16910 @kindex t +
16911 @kindex t -
16912 @tindex badd
16913 @tindex bsub
16914 @pindex calc-business-days-plus
16915 @pindex calc-business-days-minus
16916 The @kbd{t +} (@code{calc-business-days-plus}) [@code{badd}]
16917 and @kbd{t -} (@code{calc-business-days-minus}) [@code{bsub}]
16918 commands perform arithmetic using business days.  For @kbd{t +},
16919 one argument must be a date form and the other must be a real
16920 number (positive or negative).  If the number is not an integer,
16921 then a certain amount of time is added as well as a number of
16922 days; for example, adding 0.5 business days to a time in Friday
16923 evening will produce a time in Monday morning.  It is also
16924 possible to add an HMS form; adding @samp{12@@ 0' 0"} also adds
16925 half a business day.  For @kbd{t -}, the arguments are either a
16926 date form and a number or HMS form, or two date forms, in which
16927 case the result is the number of business days between the two
16928 dates.
16930 @cindex @code{Holidays} variable
16931 @vindex Holidays
16932 By default, Calc considers any day that is not a Saturday or
16933 Sunday to be a business day.  You can define any number of
16934 additional holidays by editing the variable @code{Holidays}.
16935 (There is an @w{@kbd{s H}} convenience command for editing this
16936 variable.)  Initially, @code{Holidays} contains the vector
16937 @samp{[sat, sun]}.  Entries in the @code{Holidays} vector may
16938 be any of the following kinds of objects:
16940 @itemize @bullet
16941 @item
16942 Date forms (pure dates, not date/time forms).  These specify
16943 particular days which are to be treated as holidays.
16945 @item
16946 Intervals of date forms.  These specify a range of days, all of
16947 which are holidays (e.g., Christmas week).  @xref{Interval Forms}.
16949 @item
16950 Nested vectors of date forms.  Each date form in the vector is
16951 considered to be a holiday.
16953 @item
16954 Any Calc formula which evaluates to one of the above three things.
16955 If the formula involves the variable @expr{y}, it stands for a
16956 yearly repeating holiday; @expr{y} will take on various year
16957 numbers like 1992.  For example, @samp{date(y, 12, 25)} specifies
16958 Christmas day, and @samp{newweek(date(y, 11, 7), 4) + 21} specifies
16959 Thanksgiving (which is held on the fourth Thursday of November).
16960 If the formula involves the variable @expr{m}, that variable
16961 takes on month numbers from 1 to 12:  @samp{date(y, m, 15)} is
16962 a holiday that takes place on the 15th of every month.
16964 @item
16965 A weekday name, such as @code{sat} or @code{sun}.  This is really
16966 a variable whose name is a three-letter, lower-case day name.
16968 @item
16969 An interval of year numbers (integers).  This specifies the span of
16970 years over which this holiday list is to be considered valid.  Any
16971 business-day arithmetic that goes outside this range will result
16972 in an error message.  Use this if you are including an explicit
16973 list of holidays, rather than a formula to generate them, and you
16974 want to make sure you don't accidentally go beyond the last point
16975 where the holidays you entered are complete.  If there is no
16976 limiting interval in the @code{Holidays} vector, the default
16977 @samp{[1 .. 2737]} is used.  (This is the absolute range of years
16978 for which Calc's business-day algorithms will operate.)
16980 @item
16981 An interval of HMS forms.  This specifies the span of hours that
16982 are to be considered one business day.  For example, if this
16983 range is @samp{[9@@ 0' 0" .. 17@@ 0' 0"]} (i.e., 9am to 5pm), then
16984 the business day is only eight hours long, so that @kbd{1.5 t +}
16985 on @samp{<4:00pm Fri Dec 13, 1991>} will add one business day and
16986 four business hours to produce @samp{<12:00pm Tue Dec 17, 1991>}.
16987 Likewise, @kbd{t -} will now express differences in time as
16988 fractions of an eight-hour day.  Times before 9am will be treated
16989 as 9am by business date arithmetic, and times at or after 5pm will
16990 be treated as 4:59:59pm.  If there is no HMS interval in @code{Holidays},
16991 the full 24-hour day @samp{[0@ 0' 0" .. 24@ 0' 0"]} is assumed.
16992 (Regardless of the type of bounds you specify, the interval is
16993 treated as inclusive on the low end and exclusive on the high end,
16994 so that the work day goes from 9am up to, but not including, 5pm.)
16995 @end itemize
16997 If the @code{Holidays} vector is empty, then @kbd{t +} and
16998 @kbd{t -} will act just like @kbd{+} and @kbd{-} because there will
16999 then be no difference between business days and calendar days.
17001 Calc expands the intervals and formulas you give into a complete
17002 list of holidays for internal use.  This is done mainly to make
17003 sure it can detect multiple holidays.  (For example,
17004 @samp{<Jan 1, 1989>} is both New Year's Day and a Sunday, but
17005 Calc's algorithms take care to count it only once when figuring
17006 the number of holidays between two dates.)
17008 Since the complete list of holidays for all the years from 1 to
17009 2737 would be huge, Calc actually computes only the part of the
17010 list between the smallest and largest years that have been involved
17011 in business-day calculations so far.  Normally, you won't have to
17012 worry about this.  Keep in mind, however, that if you do one
17013 calculation for 1992, and another for 1792, even if both involve
17014 only a small range of years, Calc will still work out all the
17015 holidays that fall in that 200-year span.
17017 If you add a (positive) number of days to a date form that falls on a
17018 weekend or holiday, the date form is treated as if it were the most
17019 recent business day.  (Thus adding one business day to a Friday,
17020 Saturday, or Sunday will all yield the following Monday.)  If you
17021 subtract a number of days from a weekend or holiday, the date is
17022 effectively on the following business day.  (So subtracting one business
17023 day from Saturday, Sunday, or Monday yields the preceding Friday.)  The
17024 difference between two dates one or both of which fall on holidays
17025 equals the number of actual business days between them.  These
17026 conventions are consistent in the sense that, if you add @var{n}
17027 business days to any date, the difference between the result and the
17028 original date will come out to @var{n} business days.  (It can't be
17029 completely consistent though; a subtraction followed by an addition
17030 might come out a bit differently, since @kbd{t +} is incapable of
17031 producing a date that falls on a weekend or holiday.)
17033 @ignore
17034 @starindex
17035 @end ignore
17036 @tindex holiday
17037 There is a @code{holiday} function, not on any keys, that takes
17038 any date form and returns 1 if that date falls on a weekend or
17039 holiday, as defined in @code{Holidays}, or 0 if the date is a
17040 business day.
17042 @node Time Zones,  , Business Days, Date Arithmetic
17043 @subsection Time Zones
17045 @noindent
17046 @cindex Time zones
17047 @cindex Daylight saving time
17048 Time zones and daylight saving time are a complicated business.
17049 The conversions to and from Julian and Unix-style dates automatically
17050 compute the correct time zone and daylight saving adjustment to use,
17051 provided they can figure out this information.  This section describes
17052 Calc's time zone adjustment algorithm in detail, in case you want to
17053 do conversions in different time zones or in case Calc's algorithms
17054 can't determine the right correction to use.
17056 Adjustments for time zones and daylight saving time are done by
17057 @kbd{t U}, @kbd{t J}, @kbd{t N}, and @kbd{t C}, but not by any other
17058 commands.  In particular, @samp{<may 1 1991> - <apr 1 1991>} evaluates
17059 to exactly 30 days even though there is a daylight-saving
17060 transition in between.  This is also true for Julian pure dates:
17061 @samp{julian(<may 1 1991>) - julian(<apr 1 1991>)}.  But Julian
17062 and Unix date/times will adjust for daylight saving time:  using Calc's
17063 default daylight saving time rule (see the explanation below),
17064 @samp{julian(<12am may 1 1991>) - julian(<12am apr 1 1991>)}
17065 evaluates to @samp{29.95833} (that's 29 days and 23 hours)
17066 because one hour was lost when daylight saving commenced on
17067 April 7, 1991.
17069 In brief, the idiom @samp{julian(@var{date1}) - julian(@var{date2})}
17070 computes the actual number of 24-hour periods between two dates, whereas
17071 @samp{@var{date1} - @var{date2}} computes the number of calendar
17072 days between two dates without taking daylight saving into account.
17074 @pindex calc-time-zone
17075 @ignore
17076 @starindex
17077 @end ignore
17078 @tindex tzone
17079 The @code{calc-time-zone} [@code{tzone}] command converts the time
17080 zone specified by its numeric prefix argument into a number of
17081 seconds difference from Greenwich mean time (GMT).  If the argument
17082 is a number, the result is simply that value multiplied by 3600.
17083 Typical arguments for North America are 5 (Eastern) or 8 (Pacific).  If
17084 Daylight Saving time is in effect, one hour should be subtracted from
17085 the normal difference.
17087 If you give a prefix of plain @kbd{C-u}, @code{calc-time-zone} (like other
17088 date arithmetic commands that include a time zone argument) takes the
17089 zone argument from the top of the stack.  (In the case of @kbd{t J}
17090 and @kbd{t U}, the normal argument is then taken from the second-to-top
17091 stack position.)  This allows you to give a non-integer time zone
17092 adjustment.  The time-zone argument can also be an HMS form, or
17093 it can be a variable which is a time zone name in upper- or lower-case.
17094 For example @samp{tzone(PST) = tzone(8)} and @samp{tzone(pdt) = tzone(7)}
17095 (for Pacific standard and daylight saving times, respectively).
17097 North American and European time zone names are defined as follows;
17098 note that for each time zone there is one name for standard time,
17099 another for daylight saving time, and a third for ``generalized'' time
17100 in which the daylight saving adjustment is computed from context.
17102 @smallexample
17103 @group
17104 YST  PST  MST  CST  EST  AST    NST    GMT   WET     MET    MEZ
17105  9    8    7    6    5    4     3.5     0     -1      -2     -2
17107 YDT  PDT  MDT  CDT  EDT  ADT    NDT    BST  WETDST  METDST  MESZ
17108  8    7    6    5    4    3     2.5     -1    -2      -3     -3
17110 YGT  PGT  MGT  CGT  EGT  AGT    NGT    BGT   WEGT    MEGT   MEGZ
17111 9/8  8/7  7/6  6/5  5/4  4/3  3.5/2.5  0/-1 -1/-2   -2/-3  -2/-3
17112 @end group
17113 @end smallexample
17115 @vindex math-tzone-names
17116 To define time zone names that do not appear in the above table,
17117 you must modify the Lisp variable @code{math-tzone-names}.  This
17118 is a list of lists describing the different time zone names; its
17119 structure is best explained by an example.  The three entries for
17120 Pacific Time look like this:
17122 @smallexample
17123 @group
17124 ( ( "PST" 8 0 )    ; Name as an upper-case string, then standard
17125   ( "PDT" 8 -1 )   ; adjustment, then daylight saving adjustment.
17126   ( "PGT" 8 "PST" "PDT" ) )   ; Generalized time zone.
17127 @end group
17128 @end smallexample
17130 @cindex @code{TimeZone} variable
17131 @vindex TimeZone
17132 With no arguments, @code{calc-time-zone} or @samp{tzone()} will by
17133 default get the time zone and daylight saving information from the
17134 calendar (@pxref{Daylight Saving,Calendar/Diary,The Calendar and the Diary,
17135 emacs,The GNU Emacs Manual}).  To use a different time zone, or if the
17136 calendar does not give the desired result, you can set the Calc variable 
17137 @code{TimeZone} (which is by default @code{nil}) to an appropriate
17138 time zone name.  (The easiest way to do this is to edit the
17139 @code{TimeZone} variable using Calc's @kbd{s T} command, then use the
17140 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save the value of
17141 @code{TimeZone} permanently.)  
17142 If the time zone given by @code{TimeZone} is a generalized time zone,
17143 e.g., @code{EGT}, Calc examines the date being converted to tell whether
17144 to use standard or daylight saving time.  But if the current time zone
17145 is explicit, e.g., @code{EST} or @code{EDT}, then that adjustment is
17146 used exactly and Calc's daylight saving algorithm is not consulted.
17147 The special time zone name @code{local}
17148 is equivalent to no argument; i.e., it uses the information obtained
17149 from the calendar.
17151 The @kbd{t J} and @code{t U} commands with no numeric prefix
17152 arguments do the same thing as @samp{tzone()}; namely, use the
17153 information from the calendar if @code{TimeZone} is @code{nil}, 
17154 otherwise use the time zone given by @code{TimeZone}.
17156 @vindex math-daylight-savings-hook
17157 @findex math-std-daylight-savings
17158 When Calc computes the daylight saving information itself (i.e., when 
17159 the @code{TimeZone} variable is set), it will by default consider
17160 daylight saving time to begin at 2 a.m.@: on the second Sunday of March
17161 (for years from 2007 on) or on the last Sunday in April (for years
17162 before 2007), and to end at 2 a.m.@: on the first Sunday of
17163 November. (for years from 2007 on) or the last Sunday in October (for
17164 years before 2007).  These are the rules that have been in effect in
17165 much of North America since 1966 and take into account the rule change
17166 that began in 2007.  If you are in a country that uses different rules
17167 for computing daylight saving time, you have two choices: Write your own
17168 daylight saving hook, or control time zones explicitly by setting the
17169 @code{TimeZone} variable and/or always giving a time-zone argument for
17170 the conversion functions.
17172 The Lisp variable @code{math-daylight-savings-hook} holds the
17173 name of a function that is used to compute the daylight saving
17174 adjustment for a given date.  The default is
17175 @code{math-std-daylight-savings}, which computes an adjustment
17176 (either 0 or @mathit{-1}) using the North American rules given above.
17178 The daylight saving hook function is called with four arguments:
17179 The date, as a floating-point number in standard Calc format;
17180 a six-element list of the date decomposed into year, month, day,
17181 hour, minute, and second, respectively; a string which contains
17182 the generalized time zone name in upper-case, e.g., @code{"WEGT"};
17183 and a special adjustment to be applied to the hour value when
17184 converting into a generalized time zone (see below).
17186 @findex math-prev-weekday-in-month
17187 The Lisp function @code{math-prev-weekday-in-month} is useful for
17188 daylight saving computations.  This is an internal version of
17189 the user-level @code{pwday} function described in the previous
17190 section. It takes four arguments:  The floating-point date value,
17191 the corresponding six-element date list, the day-of-month number,
17192 and the weekday number (0-6).
17194 The default daylight saving hook ignores the time zone name, but a
17195 more sophisticated hook could use different algorithms for different
17196 time zones.  It would also be possible to use different algorithms
17197 depending on the year number, but the default hook always uses the
17198 algorithm for 1987 and later.  Here is a listing of the default
17199 daylight saving hook:
17201 @smallexample
17202 (defun math-std-daylight-savings (date dt zone bump)
17203   (cond ((< (nth 1 dt) 4) 0)
17204         ((= (nth 1 dt) 4)
17205          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 7 0)))
17206            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) 0)
17207                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17208                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 3 bump)) -1 0))
17209                  (t -1))))
17210         ((< (nth 1 dt) 10) -1)
17211         ((= (nth 1 dt) 10)
17212          (let ((sunday (math-prev-weekday-in-month date dt 31 0)))
17213            (cond ((< (nth 2 dt) sunday) -1)
17214                  ((= (nth 2 dt) sunday)
17215                   (if (>= (nth 3 dt) (+ 2 bump)) 0 -1))
17216                  (t 0))))
17217         (t 0))
17219 @end smallexample
17221 @noindent
17222 The @code{bump} parameter is equal to zero when Calc is converting
17223 from a date form in a generalized time zone into a GMT date value.
17224 It is @mathit{-1} when Calc is converting in the other direction.  The
17225 adjustments shown above ensure that the conversion behaves correctly
17226 and reasonably around the 2 a.m.@: transition in each direction.
17228 There is a ``missing'' hour between 2 a.m.@: and 3 a.m.@: at the
17229 beginning of daylight saving time; converting a date/time form that
17230 falls in this hour results in a time value for the following hour,
17231 from 3 a.m.@: to 4 a.m.  At the end of daylight saving time, the
17232 hour from 1 a.m.@: to 2 a.m.@: repeats itself; converting a date/time
17233 form that falls in this hour results in a time value for the first
17234 manifestation of that time (@emph{not} the one that occurs one hour 
17235 later).
17237 If @code{math-daylight-savings-hook} is @code{nil}, then the
17238 daylight saving adjustment is always taken to be zero.
17240 In algebraic formulas, @samp{tzone(@var{zone}, @var{date})}
17241 computes the time zone adjustment for a given zone name at a
17242 given date.  The @var{date} is ignored unless @var{zone} is a
17243 generalized time zone.  If @var{date} is a date form, the
17244 daylight saving computation is applied to it as it appears.
17245 If @var{date} is a numeric date value, it is adjusted for the
17246 daylight-saving version of @var{zone} before being given to
17247 the daylight saving hook.  This odd-sounding rule ensures
17248 that the daylight-saving computation is always done in
17249 local time, not in the GMT time that a numeric @var{date}
17250 is typically represented in.
17252 @ignore
17253 @starindex
17254 @end ignore
17255 @tindex dsadj
17256 The @samp{dsadj(@var{date}, @var{zone})} function computes the
17257 daylight saving adjustment that is appropriate for @var{date} in
17258 time zone @var{zone}.  If @var{zone} is explicitly in or not in
17259 daylight saving time (e.g., @code{PDT} or @code{PST}) the
17260 @var{date} is ignored.  If @var{zone} is a generalized time zone,
17261 the algorithms described above are used.  If @var{zone} is omitted,
17262 the computation is done for the current time zone.
17264 @node Financial Functions, Binary Functions, Date Arithmetic, Arithmetic
17265 @section Financial Functions
17267 @noindent
17268 Calc's financial or business functions use the @kbd{b} prefix
17269 key followed by a shifted letter.  (The @kbd{b} prefix followed by
17270 a lower-case letter is used for operations on binary numbers.)
17272 Note that the rate and the number of intervals given to these
17273 functions must be on the same time scale, e.g., both months or
17274 both years.  Mixing an annual interest rate with a time expressed
17275 in months will give you very wrong answers!
17277 It is wise to compute these functions to a higher precision than
17278 you really need, just to make sure your answer is correct to the
17279 last penny; also, you may wish to check the definitions at the end
17280 of this section to make sure the functions have the meaning you expect.
17282 @menu
17283 * Percentages::
17284 * Future Value::
17285 * Present Value::
17286 * Related Financial Functions::
17287 * Depreciation Functions::
17288 * Definitions of Financial Functions::
17289 @end menu
17291 @node Percentages, Future Value, Financial Functions, Financial Functions
17292 @subsection Percentages
17294 @kindex M-%
17295 @pindex calc-percent
17296 @tindex %
17297 @tindex percent
17298 The @kbd{M-%} (@code{calc-percent}) command takes a percentage value,
17299 say 5.4, and converts it to an equivalent actual number.  For example,
17300 @kbd{5.4 M-%} enters 0.054 on the stack.  (That's the @key{META} or
17301 @key{ESC} key combined with @kbd{%}.)
17303 Actually, @kbd{M-%} creates a formula of the form @samp{5.4%}.
17304 You can enter @samp{5.4%} yourself during algebraic entry.  The
17305 @samp{%} operator simply means, ``the preceding value divided by
17306 100.''  The @samp{%} operator has very high precedence, so that
17307 @samp{1+8%} is interpreted as @samp{1+(8%)}, not as @samp{(1+8)%}.
17308 (The @samp{%} operator is just a postfix notation for the
17309 @code{percent} function, just like @samp{20!} is the notation for
17310 @samp{fact(20)}, or twenty-factorial.)
17312 The formula @samp{5.4%} would normally evaluate immediately to
17313 0.054, but the @kbd{M-%} command suppresses evaluation as it puts
17314 the formula onto the stack.  However, the next Calc command that
17315 uses the formula @samp{5.4%} will evaluate it as its first step.
17316 The net effect is that you get to look at @samp{5.4%} on the stack,
17317 but Calc commands see it as @samp{0.054}, which is what they expect.
17319 In particular, @samp{5.4%} and @samp{0.054} are suitable values
17320 for the @var{rate} arguments of the various financial functions,
17321 but the number @samp{5.4} is probably @emph{not} suitable---it
17322 represents a rate of 540 percent!
17324 The key sequence @kbd{M-% *} effectively means ``percent-of.''
17325 For example, @kbd{68 @key{RET} 25 M-% *} computes 17, which is 25% of
17326 68 (and also 68% of 25, which comes out to the same thing).
17328 @kindex c %
17329 @pindex calc-convert-percent
17330 The @kbd{c %} (@code{calc-convert-percent}) command converts the
17331 value on the top of the stack from numeric to percentage form.
17332 For example, if 0.08 is on the stack, @kbd{c %} converts it to
17333 @samp{8%}.  The quantity is the same, it's just represented
17334 differently.  (Contrast this with @kbd{M-%}, which would convert
17335 this number to @samp{0.08%}.)  The @kbd{=} key is a convenient way
17336 to convert a formula like @samp{8%} back to numeric form, 0.08.
17338 To compute what percentage one quantity is of another quantity,
17339 use @kbd{/ c %}.  For example, @w{@kbd{17 @key{RET} 68 / c %}} displays
17340 @samp{25%}.
17342 @kindex b %
17343 @pindex calc-percent-change
17344 @tindex relch
17345 The @kbd{b %} (@code{calc-percent-change}) [@code{relch}] command
17346 calculates the percentage change from one number to another.
17347 For example, @kbd{40 @key{RET} 50 b %} produces the answer @samp{25%},
17348 since 50 is 25% larger than 40.  A negative result represents a
17349 decrease:  @kbd{50 @key{RET} 40 b %} produces @samp{-20%}, since 40 is
17350 20% smaller than 50.  (The answers are different in magnitude
17351 because, in the first case, we're increasing by 25% of 40, but
17352 in the second case, we're decreasing by 20% of 50.)  The effect
17353 of @kbd{40 @key{RET} 50 b %} is to compute @expr{(50-40)/40}, converting
17354 the answer to percentage form as if by @kbd{c %}.
17356 @node Future Value, Present Value, Percentages, Financial Functions
17357 @subsection Future Value
17359 @noindent
17360 @kindex b F
17361 @pindex calc-fin-fv
17362 @tindex fv
17363 The @kbd{b F} (@code{calc-fin-fv}) [@code{fv}] command computes
17364 the future value of an investment.  It takes three arguments
17365 from the stack:  @samp{fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17366 If you give payments of @var{payment} every year for @var{n}
17367 years, and the money you have paid earns interest at @var{rate} per
17368 year, then this function tells you what your investment would be
17369 worth at the end of the period.  (The actual interval doesn't
17370 have to be years, as long as @var{n} and @var{rate} are expressed
17371 in terms of the same intervals.)  This function assumes payments
17372 occur at the @emph{end} of each interval.
17374 @kindex I b F
17375 @tindex fvb
17376 The @kbd{I b F} [@code{fvb}] command does the same computation,
17377 but assuming your payments are at the beginning of each interval.
17378 Suppose you plan to deposit $1000 per year in a savings account
17379 earning 5.4% interest, starting right now.  How much will be
17380 in the account after five years?  @code{fvb(5.4%, 5, 1000) = 5870.73}.
17381 Thus you will have earned $870 worth of interest over the years.
17382 Using the stack, this calculation would have been
17383 @kbd{5.4 M-% 5 @key{RET} 1000 I b F}.  Note that the rate is expressed
17384 as a number between 0 and 1, @emph{not} as a percentage.
17386 @kindex H b F
17387 @tindex fvl
17388 The @kbd{H b F} [@code{fvl}] command computes the future value
17389 of an initial lump sum investment.  Suppose you could deposit
17390 those five thousand dollars in the bank right now; how much would
17391 they be worth in five years?  @code{fvl(5.4%, 5, 5000) = 6503.89}.
17393 The algebraic functions @code{fv} and @code{fvb} accept an optional
17394 fourth argument, which is used as an initial lump sum in the sense
17395 of @code{fvl}.  In other words, @code{fv(@var{rate}, @var{n},
17396 @var{payment}, @var{initial}) = fv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})
17397 + fvl(@var{rate}, @var{n}, @var{initial})}.
17399 To illustrate the relationships between these functions, we could
17400 do the @code{fvb} calculation ``by hand'' using @code{fvl}.  The
17401 final balance will be the sum of the contributions of our five
17402 deposits at various times.  The first deposit earns interest for
17403 five years:  @code{fvl(5.4%, 5, 1000) = 1300.78}.  The second
17404 deposit only earns interest for four years:  @code{fvl(5.4%, 4, 1000) =
17405 1234.13}.  And so on down to the last deposit, which earns one
17406 year's interest:  @code{fvl(5.4%, 1, 1000) = 1054.00}.  The sum of
17407 these five values is, sure enough, $5870.73, just as was computed
17408 by @code{fvb} directly.
17410 What does @code{fv(5.4%, 5, 1000) = 5569.96} mean?  The payments
17411 are now at the ends of the periods.  The end of one year is the same
17412 as the beginning of the next, so what this really means is that we've
17413 lost the payment at year zero (which contributed $1300.78), but we're
17414 now counting the payment at year five (which, since it didn't have
17415 a chance to earn interest, counts as $1000).  Indeed, @expr{5569.96 =
17416 5870.73 - 1300.78 + 1000} (give or take a bit of roundoff error).
17418 @node Present Value, Related Financial Functions, Future Value, Financial Functions
17419 @subsection Present Value
17421 @noindent
17422 @kindex b P
17423 @pindex calc-fin-pv
17424 @tindex pv
17425 The @kbd{b P} (@code{calc-fin-pv}) [@code{pv}] command computes
17426 the present value of an investment.  Like @code{fv}, it takes
17427 three arguments:  @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment})}.
17428 It computes the present value of a series of regular payments.
17429 Suppose you have the chance to make an investment that will
17430 pay $2000 per year over the next four years; as you receive
17431 these payments you can put them in the bank at 9% interest.
17432 You want to know whether it is better to make the investment, or
17433 to keep the money in the bank where it earns 9% interest right
17434 from the start.  The calculation @code{pv(9%, 4, 2000)} gives the
17435 result 6479.44.  If your initial investment must be less than this,
17436 say, $6000, then the investment is worthwhile.  But if you had to
17437 put up $7000, then it would be better just to leave it in the bank.
17439 Here is the interpretation of the result of @code{pv}:  You are
17440 trying to compare the return from the investment you are
17441 considering, which is @code{fv(9%, 4, 2000) = 9146.26}, with
17442 the return from leaving the money in the bank, which is
17443 @code{fvl(9%, 4, @var{x})} where @var{x} is the amount of money
17444 you would have to put up in advance.  The @code{pv} function
17445 finds the break-even point, @expr{x = 6479.44}, at which
17446 @code{fvl(9%, 4, 6479.44)} is also equal to 9146.26.  This is
17447 the largest amount you should be willing to invest.
17449 @kindex I b P
17450 @tindex pvb
17451 The @kbd{I b P} [@code{pvb}] command solves the same problem,
17452 but with payments occurring at the beginning of each interval.
17453 It has the same relationship to @code{fvb} as @code{pv} has
17454 to @code{fv}.  For example @code{pvb(9%, 4, 2000) = 7062.59},
17455 a larger number than @code{pv} produced because we get to start
17456 earning interest on the return from our investment sooner.
17458 @kindex H b P
17459 @tindex pvl
17460 The @kbd{H b P} [@code{pvl}] command computes the present value of
17461 an investment that will pay off in one lump sum at the end of the
17462 period.  For example, if we get our $8000 all at the end of the
17463 four years, @code{pvl(9%, 4, 8000) = 5667.40}.  This is much
17464 less than @code{pv} reported, because we don't earn any interest
17465 on the return from this investment.  Note that @code{pvl} and
17466 @code{fvl} are simple inverses:  @code{fvl(9%, 4, 5667.40) = 8000}.
17468 You can give an optional fourth lump-sum argument to @code{pv}
17469 and @code{pvb}; this is handled in exactly the same way as the
17470 fourth argument for @code{fv} and @code{fvb}.
17472 @kindex b N
17473 @pindex calc-fin-npv
17474 @tindex npv
17475 The @kbd{b N} (@code{calc-fin-npv}) [@code{npv}] command computes
17476 the net present value of a series of irregular investments.
17477 The first argument is the interest rate.  The second argument is
17478 a vector which represents the expected return from the investment
17479 at the end of each interval.  For example, if the rate represents
17480 a yearly interest rate, then the vector elements are the return
17481 from the first year, second year, and so on.
17483 Thus, @code{npv(9%, [2000,2000,2000,2000]) = pv(9%, 4, 2000) = 6479.44}.
17484 Obviously this function is more interesting when the payments are
17485 not all the same!
17487 The @code{npv} function can actually have two or more arguments.
17488 Multiple arguments are interpreted in the same way as for the
17489 vector statistical functions like @code{vsum}.
17490 @xref{Single-Variable Statistics}.  Basically, if there are several
17491 payment arguments, each either a vector or a plain number, all these
17492 values are collected left-to-right into the complete list of payments.
17493 A numeric prefix argument on the @kbd{b N} command says how many
17494 payment values or vectors to take from the stack.
17496 @kindex I b N
17497 @tindex npvb
17498 The @kbd{I b N} [@code{npvb}] command computes the net present
17499 value where payments occur at the beginning of each interval
17500 rather than at the end.
17502 @node Related Financial Functions, Depreciation Functions, Present Value, Financial Functions
17503 @subsection Related Financial Functions
17505 @noindent
17506 The functions in this section are basically inverses of the
17507 present value functions with respect to the various arguments.
17509 @kindex b M
17510 @pindex calc-fin-pmt
17511 @tindex pmt
17512 The @kbd{b M} (@code{calc-fin-pmt}) [@code{pmt}] command computes
17513 the amount of periodic payment necessary to amortize a loan.
17514 Thus @code{pmt(@var{rate}, @var{n}, @var{amount})} equals the
17515 value of @var{payment} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17516 @var{payment}) = @var{amount}}.
17518 @kindex I b M
17519 @tindex pmtb
17520 The @kbd{I b M} [@code{pmtb}] command does the same computation
17521 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  Like @code{pv} and
17522 @code{pvb}, these functions can also take a fourth argument which
17523 represents an initial lump-sum investment.
17525 @kindex H b M
17526 The @kbd{H b M} key just invokes the @code{fvl} function, which is
17527 the inverse of @code{pvl}.  There is no explicit @code{pmtl} function.
17529 @kindex b #
17530 @pindex calc-fin-nper
17531 @tindex nper
17532 The @kbd{b #} (@code{calc-fin-nper}) [@code{nper}] command computes
17533 the number of regular payments necessary to amortize a loan.
17534 Thus @code{nper(@var{rate}, @var{payment}, @var{amount})} equals
17535 the value of @var{n} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n},
17536 @var{payment}) = @var{amount}}.  If @var{payment} is too small
17537 ever to amortize a loan for @var{amount} at interest rate @var{rate},
17538 the @code{nper} function is left in symbolic form.
17540 @kindex I b #
17541 @tindex nperb
17542 The @kbd{I b #} [@code{nperb}] command does the same computation
17543 but using @code{pvb} instead of @code{pv}.  You can give a fourth
17544 lump-sum argument to these functions, but the computation will be
17545 rather slow in the four-argument case.
17547 @kindex H b #
17548 @tindex nperl
17549 The @kbd{H b #} [@code{nperl}] command does the same computation
17550 using @code{pvl}.  By exchanging @var{payment} and @var{amount} you
17551 can also get the solution for @code{fvl}.  For example,
17552 @code{nperl(8%, 2000, 1000) = 9.006}, so if you place $1000 in a
17553 bank account earning 8%, it will take nine years to grow to $2000.
17555 @kindex b T
17556 @pindex calc-fin-rate
17557 @tindex rate
17558 The @kbd{b T} (@code{calc-fin-rate}) [@code{rate}] command computes
17559 the rate of return on an investment.  This is also an inverse of @code{pv}:
17560 @code{rate(@var{n}, @var{payment}, @var{amount})} computes the value of
17561 @var{rate} such that @code{pv(@var{rate}, @var{n}, @var{payment}) =
17562 @var{amount}}.  The result is expressed as a formula like @samp{6.3%}.
17564 @kindex I b T
17565 @kindex H b T
17566 @tindex rateb
17567 @tindex ratel
17568 The @kbd{I b T} [@code{rateb}] and @kbd{H b T} [@code{ratel}]
17569 commands solve the analogous equations with @code{pvb} or @code{pvl}
17570 in place of @code{pv}.  Also, @code{rate} and @code{rateb} can
17571 accept an optional fourth argument just like @code{pv} and @code{pvb}.
17572 To redo the above example from a different perspective,
17573 @code{ratel(9, 2000, 1000) = 8.00597%}, which says you will need an
17574 interest rate of 8% in order to double your account in nine years.
17576 @kindex b I
17577 @pindex calc-fin-irr
17578 @tindex irr
17579 The @kbd{b I} (@code{calc-fin-irr}) [@code{irr}] command is the
17580 analogous function to @code{rate} but for net present value.
17581 Its argument is a vector of payments.  Thus @code{irr(@var{payments})}
17582 computes the @var{rate} such that @code{npv(@var{rate}, @var{payments}) = 0};
17583 this rate is known as the @dfn{internal rate of return}.
17585 @kindex I b I
17586 @tindex irrb
17587 The @kbd{I b I} [@code{irrb}] command computes the internal rate of
17588 return assuming payments occur at the beginning of each period.
17590 @node Depreciation Functions, Definitions of Financial Functions, Related Financial Functions, Financial Functions
17591 @subsection Depreciation Functions
17593 @noindent
17594 The functions in this section calculate @dfn{depreciation}, which is
17595 the amount of value that a possession loses over time.  These functions
17596 are characterized by three parameters:  @var{cost}, the original cost
17597 of the asset; @var{salvage}, the value the asset will have at the end
17598 of its expected ``useful life''; and @var{life}, the number of years
17599 (or other periods) of the expected useful life.
17601 There are several methods for calculating depreciation that differ in
17602 the way they spread the depreciation over the lifetime of the asset.
17604 @kindex b S
17605 @pindex calc-fin-sln
17606 @tindex sln
17607 The @kbd{b S} (@code{calc-fin-sln}) [@code{sln}] command computes the
17608 ``straight-line'' depreciation.  In this method, the asset depreciates
17609 by the same amount every year (or period).  For example,
17610 @samp{sln(12000, 2000, 5)} returns 2000.  The asset costs $12000
17611 initially and will be worth $2000 after five years; it loses $2000
17612 per year.
17614 @kindex b Y
17615 @pindex calc-fin-syd
17616 @tindex syd
17617 The @kbd{b Y} (@code{calc-fin-syd}) [@code{syd}] command computes the
17618 accelerated ``sum-of-years'-digits'' depreciation.  Here the depreciation
17619 is higher during the early years of the asset's life.  Since the
17620 depreciation is different each year, @kbd{b Y} takes a fourth @var{period}
17621 parameter which specifies which year is requested, from 1 to @var{life}.
17622 If @var{period} is outside this range, the @code{syd} function will
17623 return zero.
17625 @kindex b D
17626 @pindex calc-fin-ddb
17627 @tindex ddb
17628 The @kbd{b D} (@code{calc-fin-ddb}) [@code{ddb}] command computes an
17629 accelerated depreciation using the double-declining balance method.
17630 It also takes a fourth @var{period} parameter.
17632 For symmetry, the @code{sln} function will accept a @var{period}
17633 parameter as well, although it will ignore its value except that the
17634 return value will as usual be zero if @var{period} is out of range.
17636 For example, pushing the vector @expr{[1,2,3,4,5]} (perhaps with @kbd{v x 5})
17637 and then mapping @kbd{V M ' [sln(12000,2000,5,$), syd(12000,2000,5,$),
17638 ddb(12000,2000,5,$)] @key{RET}} produces a matrix that allows us to compare
17639 the three depreciation methods:
17641 @example
17642 @group
17643 [ [ 2000, 3333, 4800 ]
17644   [ 2000, 2667, 2880 ]
17645   [ 2000, 2000, 1728 ]
17646   [ 2000, 1333,  592 ]
17647   [ 2000,  667,   0  ] ]
17648 @end group
17649 @end example
17651 @noindent
17652 (Values have been rounded to nearest integers in this figure.)
17653 We see that @code{sln} depreciates by the same amount each year,
17654 @kbd{syd} depreciates more at the beginning and less at the end,
17655 and @kbd{ddb} weights the depreciation even more toward the beginning.
17657 Summing columns with @kbd{V R : +} yields @expr{[10000, 10000, 10000]};
17658 the total depreciation in any method is (by definition) the
17659 difference between the cost and the salvage value.
17661 @node Definitions of Financial Functions,  , Depreciation Functions, Financial Functions
17662 @subsection Definitions
17664 @noindent
17665 For your reference, here are the actual formulas used to compute
17666 Calc's financial functions.
17668 Calc will not evaluate a financial function unless the @var{rate} or
17669 @var{n} argument is known.  However, @var{payment} or @var{amount} can
17670 be a variable.  Calc expands these functions according to the
17671 formulas below for symbolic arguments only when you use the @kbd{a "}
17672 (@code{calc-expand-formula}) command, or when taking derivatives or
17673 integrals or solving equations involving the functions.
17675 @ifnottex
17676 These formulas are shown using the conventions of Big display
17677 mode (@kbd{d B}); for example, the formula for @code{fv} written
17678 linearly is @samp{pmt * ((1 + rate)^n) - 1) / rate}.
17680 @example
17681                                         n
17682                               (1 + rate)  - 1
17683 fv(rate, n, pmt) =      pmt * ---------------
17684                                    rate
17686                                          n
17687                               ((1 + rate)  - 1) (1 + rate)
17688 fvb(rate, n, pmt) =     pmt * ----------------------------
17689                                          rate
17691                                         n
17692 fvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17694                                             -n
17695                               1 - (1 + rate)
17696 pv(rate, n, pmt) =      pmt * ----------------
17697                                     rate
17699                                              -n
17700                               (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17701 pvb(rate, n, pmt) =     pmt * -----------------------------
17702                                          rate
17704                                         -n
17705 pvl(rate, n, pmt) =     pmt * (1 + rate)
17707                                     -1               -2               -3
17708 npv(rate, [a, b, c]) =  a*(1 + rate)   + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17710                                         -1               -2
17711 npvb(rate, [a, b, c]) = a + b*(1 + rate)   + c*(1 + rate)
17713                                              -n
17714                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17715 pmt(rate, n, amt, x) =  -------------------------------
17716                                              -n
17717                                1 - (1 + rate)
17719                                              -n
17720                         (amt - x * (1 + rate)  ) * rate
17721 pmtb(rate, n, amt, x) = -------------------------------
17722                                         -n
17723                          (1 - (1 + rate)  ) (1 + rate)
17725                                    amt * rate
17726 nper(rate, pmt, amt) =  - log(1 - ------------, 1 + rate)
17727                                       pmt
17729                                     amt * rate
17730 nperb(rate, pmt, amt) = - log(1 - ---------------, 1 + rate)
17731                                   pmt * (1 + rate)
17733                               amt
17734 nperl(rate, pmt, amt) = - log(---, 1 + rate)
17735                               pmt
17737                            1/n
17738                         pmt
17739 ratel(n, pmt, amt) =    ------ - 1
17740                            1/n
17741                         amt
17743                         cost - salv
17744 sln(cost, salv, life) = -----------
17745                            life
17747                              (cost - salv) * (life - per + 1)
17748 syd(cost, salv, life, per) = --------------------------------
17749                                   life * (life + 1) / 2
17751                              book * 2
17752 ddb(cost, salv, life, per) = --------,  book = cost - depreciation so far
17753                                life
17754 @end example
17755 @end ifnottex
17756 @tex
17757 \turnoffactive
17758 $$ \code{fv}(r, n, p) = p { (1 + r)^n - 1 \over r } $$
17759 $$ \code{fvb}(r, n, p) = p { ((1 + r)^n - 1) (1 + r) \over r } $$
17760 $$ \code{fvl}(r, n, p) = p (1 + r)^n $$
17761 $$ \code{pv}(r, n, p) = p { 1 - (1 + r)^{-n} \over r } $$
17762 $$ \code{pvb}(r, n, p) = p { (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) \over r } $$
17763 $$ \code{pvl}(r, n, p) = p (1 + r)^{-n} $$
17764 $$ \code{npv}(r, [a,b,c]) = a (1 + r)^{-1} + b (1 + r)^{-2} + c (1 + r)^{-3} $$
17765 $$ \code{npvb}(r, [a,b,c]) = a + b (1 + r)^{-1} + c (1 + r)^{-2} $$
17766 $$ \code{pmt}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over 1 - (1 + r)^{-n} }$$
17767 $$ \code{pmtb}(r, n, a, x) = { (a - x (1 + r)^{-n}) r \over
17768                                (1 - (1 + r)^{-n}) (1 + r) } $$
17769 $$ \code{nper}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p }, 1 + r) $$
17770 $$ \code{nperb}(r, p, a) = -\code{log}(1 - { a r \over p (1 + r) }, 1 + r) $$
17771 $$ \code{nperl}(r, p, a) = -\code{log}({a \over p}, 1 + r) $$
17772 $$ \code{ratel}(n, p, a) = { p^{1/n} \over a^{1/n} } - 1 $$
17773 $$ \code{sln}(c, s, l) = { c - s \over l } $$
17774 $$ \code{syd}(c, s, l, p) = { (c - s) (l - p + 1) \over l (l+1) / 2 } $$
17775 $$ \code{ddb}(c, s, l, p) = { 2 (c - \hbox{depreciation so far}) \over l } $$
17776 @end tex
17778 @noindent
17779 In @code{pmt} and @code{pmtb}, @expr{x=0} if omitted.
17781 These functions accept any numeric objects, including error forms,
17782 intervals, and even (though not very usefully) complex numbers.  The
17783 above formulas specify exactly the behavior of these functions with
17784 all sorts of inputs.
17786 Note that if the first argument to the @code{log} in @code{nper} is
17787 negative, @code{nper} leaves itself in symbolic form rather than
17788 returning a (financially meaningless) complex number.
17790 @samp{rate(num, pmt, amt)} solves the equation
17791 @samp{pv(rate, num, pmt) = amt} for @samp{rate} using @kbd{H a R}
17792 (@code{calc-find-root}), with the interval @samp{[.01% .. 100%]}
17793 for an initial guess.  The @code{rateb} function is the same except
17794 that it uses @code{pvb}.  Note that @code{ratel} can be solved
17795 directly; its formula is shown in the above list.
17797 Similarly, @samp{irr(pmts)} solves the equation @samp{npv(rate, pmts) = 0}
17798 for @samp{rate}.
17800 If you give a fourth argument to @code{nper} or @code{nperb}, Calc
17801 will also use @kbd{H a R} to solve the equation using an initial
17802 guess interval of @samp{[0 .. 100]}.
17804 A fourth argument to @code{fv} simply sums the two components
17805 calculated from the above formulas for @code{fv} and @code{fvl}.
17806 The same is true of @code{fvb}, @code{pv}, and @code{pvb}.
17808 The @kbd{ddb} function is computed iteratively; the ``book'' value
17809 starts out equal to @var{cost}, and decreases according to the above
17810 formula for the specified number of periods.  If the book value
17811 would decrease below @var{salvage}, it only decreases to @var{salvage}
17812 and the depreciation is zero for all subsequent periods.  The @code{ddb}
17813 function returns the amount the book value decreased in the specified
17814 period.
17816 @node Binary Functions,  , Financial Functions, Arithmetic
17817 @section Binary Number Functions
17819 @noindent
17820 The commands in this chapter all use two-letter sequences beginning with
17821 the @kbd{b} prefix.
17823 @cindex Binary numbers
17824 The ``binary'' operations actually work regardless of the currently
17825 displayed radix, although their results make the most sense in a radix
17826 like 2, 8, or 16 (as obtained by the @kbd{d 2}, @kbd{d 8}, or @w{@kbd{d 6}}
17827 commands, respectively).  You may also wish to enable display of leading
17828 zeros with @kbd{d z}.  @xref{Radix Modes}.
17830 @cindex Word size for binary operations
17831 The Calculator maintains a current @dfn{word size} @expr{w}, an
17832 arbitrary positive or negative integer.  For a positive word size, all
17833 of the binary operations described here operate modulo @expr{2^w}.  In
17834 particular, negative arguments are converted to positive integers modulo
17835 @expr{2^w} by all binary functions.
17837 If the word size is negative, binary operations produce 2's complement
17838 integers from 
17839 @texline @math{-2^{-w-1}}
17840 @infoline @expr{-(2^(-w-1))} 
17841 to 
17842 @texline @math{2^{-w-1}-1}
17843 @infoline @expr{2^(-w-1)-1} 
17844 inclusive.  Either mode accepts inputs in any range; the sign of
17845 @expr{w} affects only the results produced.
17847 @kindex b c
17848 @pindex calc-clip
17849 @tindex clip
17850 The @kbd{b c} (@code{calc-clip})
17851 [@code{clip}] command can be used to clip a number by reducing it modulo
17852 @expr{2^w}.  The commands described in this chapter automatically clip
17853 their results to the current word size.  Note that other operations like
17854 addition do not use the current word size, since integer addition
17855 generally is not ``binary.''  (However, @pxref{Simplification Modes},
17856 @code{calc-bin-simplify-mode}.)  For example, with a word size of 8
17857 bits @kbd{b c} converts a number to the range 0 to 255; with a word
17858 size of @mathit{-8} @kbd{b c} converts to the range @mathit{-128} to 127.
17860 @kindex b w
17861 @pindex calc-word-size
17862 The default word size is 32 bits.  All operations except the shifts and
17863 rotates allow you to specify a different word size for that one
17864 operation by giving a numeric prefix argument:  @kbd{C-u 8 b c} clips the
17865 top of stack to the range 0 to 255 regardless of the current word size.
17866 To set the word size permanently, use @kbd{b w} (@code{calc-word-size}).
17867 This command displays a prompt with the current word size; press @key{RET}
17868 immediately to keep this word size, or type a new word size at the prompt.
17870 When the binary operations are written in symbolic form, they take an
17871 optional second (or third) word-size parameter.  When a formula like
17872 @samp{and(a,b)} is finally evaluated, the word size current at that time
17873 will be used, but when @samp{and(a,b,-8)} is evaluated, a word size of
17874 @mathit{-8} will always be used.  A symbolic binary function will be left
17875 in symbolic form unless the all of its argument(s) are integers or
17876 integer-valued floats.
17878 If either or both arguments are modulo forms for which @expr{M} is a
17879 power of two, that power of two is taken as the word size unless a
17880 numeric prefix argument overrides it.  The current word size is never
17881 consulted when modulo-power-of-two forms are involved.
17883 @kindex b a
17884 @pindex calc-and
17885 @tindex and
17886 The @kbd{b a} (@code{calc-and}) [@code{and}] command computes the bitwise
17887 AND of the two numbers on the top of the stack.  In other words, for each
17888 of the @expr{w} binary digits of the two numbers (pairwise), the corresponding
17889 bit of the result is 1 if and only if both input bits are 1:
17890 @samp{and(2#1100, 2#1010) = 2#1000}.
17892 @kindex b o
17893 @pindex calc-or
17894 @tindex or
17895 The @kbd{b o} (@code{calc-or}) [@code{or}] command computes the bitwise
17896 inclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if either of the input bits, or
17897 both, are 1:  @samp{or(2#1100, 2#1010) = 2#1110}.
17899 @kindex b x
17900 @pindex calc-xor
17901 @tindex xor
17902 The @kbd{b x} (@code{calc-xor}) [@code{xor}] command computes the bitwise
17903 exclusive OR of two numbers.  A bit is 1 if exactly one of the input bits
17904 is 1:  @samp{xor(2#1100, 2#1010) = 2#0110}.
17906 @kindex b d
17907 @pindex calc-diff
17908 @tindex diff
17909 The @kbd{b d} (@code{calc-diff}) [@code{diff}] command computes the bitwise
17910 difference of two numbers; this is defined by @samp{diff(a,b) = and(a,not(b))},
17911 so that @samp{diff(2#1100, 2#1010) = 2#0100}.
17913 @kindex b n
17914 @pindex calc-not
17915 @tindex not
17916 The @kbd{b n} (@code{calc-not}) [@code{not}] command computes the bitwise
17917 NOT of a number.  A bit is 1 if the input bit is 0 and vice-versa.
17919 @kindex b l
17920 @pindex calc-lshift-binary
17921 @tindex lsh
17922 The @kbd{b l} (@code{calc-lshift-binary}) [@code{lsh}] command shifts a
17923 number left by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
17924 prefix argument.  A negative prefix argument performs a logical right shift,
17925 in which zeros are shifted in on the left.  In symbolic form, @samp{lsh(a)}
17926 is short for @samp{lsh(a,1)}, which in turn is short for @samp{lsh(a,n,w)}.
17927 Bits shifted ``off the end,'' according to the current word size, are lost.
17929 @kindex H b l
17930 @kindex H b r
17931 @ignore
17932 @mindex @idots
17933 @end ignore
17934 @kindex H b L
17935 @ignore
17936 @mindex @null
17937 @end ignore
17938 @kindex H b R
17939 @ignore
17940 @mindex @null
17941 @end ignore
17942 @kindex H b t
17943 The @kbd{H b l} command also does a left shift, but it takes two arguments
17944 from the stack (the value to shift, and, at top-of-stack, the number of
17945 bits to shift).  This version interprets the prefix argument just like
17946 the regular binary operations, i.e., as a word size.  The Hyperbolic flag
17947 has a similar effect on the rest of the binary shift and rotate commands.
17949 @kindex b r
17950 @pindex calc-rshift-binary
17951 @tindex rsh
17952 The @kbd{b r} (@code{calc-rshift-binary}) [@code{rsh}] command shifts a
17953 number right by one bit, or by the number of bits specified in the numeric
17954 prefix argument:  @samp{rsh(a,n) = lsh(a,-n)}.
17956 @kindex b L
17957 @pindex calc-lshift-arith
17958 @tindex ash
17959 The @kbd{b L} (@code{calc-lshift-arith}) [@code{ash}] command shifts a
17960 number left.  It is analogous to @code{lsh}, except that if the shift
17961 is rightward (the prefix argument is negative), an arithmetic shift
17962 is performed as described below.
17964 @kindex b R
17965 @pindex calc-rshift-arith
17966 @tindex rash
17967 The @kbd{b R} (@code{calc-rshift-arith}) [@code{rash}] command performs
17968 an ``arithmetic'' shift to the right, in which the leftmost bit (according
17969 to the current word size) is duplicated rather than shifting in zeros.
17970 This corresponds to dividing by a power of two where the input is interpreted
17971 as a signed, twos-complement number.  (The distinction between the @samp{rsh}
17972 and @samp{rash} operations is totally independent from whether the word
17973 size is positive or negative.)  With a negative prefix argument, this
17974 performs a standard left shift.
17976 @kindex b t
17977 @pindex calc-rotate-binary
17978 @tindex rot
17979 The @kbd{b t} (@code{calc-rotate-binary}) [@code{rot}] command rotates a
17980 number one bit to the left.  The leftmost bit (according to the current
17981 word size) is dropped off the left and shifted in on the right.  With a
17982 numeric prefix argument, the number is rotated that many bits to the left
17983 or right.
17985 @xref{Set Operations}, for the @kbd{b p} and @kbd{b u} commands that
17986 pack and unpack binary integers into sets.  (For example, @kbd{b u}
17987 unpacks the number @samp{2#11001} to the set of bit-numbers
17988 @samp{[0, 3, 4]}.)  Type @kbd{b u V #} to count the number of ``1''
17989 bits in a binary integer.
17991 Another interesting use of the set representation of binary integers
17992 is to reverse the bits in, say, a 32-bit integer.  Type @kbd{b u} to
17993 unpack; type @kbd{31 @key{TAB} -} to replace each bit-number in the set
17994 with 31 minus that bit-number; type @kbd{b p} to pack the set back
17995 into a binary integer.
17997 @node Scientific Functions, Matrix Functions, Arithmetic, Top
17998 @chapter Scientific Functions
18000 @noindent
18001 The functions described here perform trigonometric and other transcendental
18002 calculations.  They generally produce floating-point answers correct to the
18003 full current precision.  The @kbd{H} (Hyperbolic) and @kbd{I} (Inverse)
18004 flag keys must be used to get some of these functions from the keyboard.
18006 @kindex P
18007 @pindex calc-pi
18008 @cindex @code{pi} variable
18009 @vindex pi
18010 @kindex H P
18011 @cindex @code{e} variable
18012 @vindex e
18013 @kindex I P
18014 @cindex @code{gamma} variable
18015 @vindex gamma
18016 @cindex Gamma constant, Euler's
18017 @cindex Euler's gamma constant
18018 @kindex H I P
18019 @cindex @code{phi} variable
18020 @cindex Phi, golden ratio
18021 @cindex Golden ratio
18022 One miscellaneous command is shift-@kbd{P} (@code{calc-pi}), which pushes
18023 the value of @cpi{} (at the current precision) onto the stack.  With the
18024 Hyperbolic flag, it pushes the value @expr{e}, the base of natural logarithms.
18025 With the Inverse flag, it pushes Euler's constant 
18026 @texline @math{\gamma}
18027 @infoline @expr{gamma} 
18028 (about 0.5772).  With both Inverse and Hyperbolic, it
18029 pushes the ``golden ratio'' 
18030 @texline @math{\phi}
18031 @infoline @expr{phi} 
18032 (about 1.618).  (At present, Euler's constant is not available
18033 to unlimited precision; Calc knows only the first 100 digits.)
18034 In Symbolic mode, these commands push the
18035 actual variables @samp{pi}, @samp{e}, @samp{gamma}, and @samp{phi},
18036 respectively, instead of their values; @pxref{Symbolic Mode}.
18038 @ignore
18039 @mindex Q
18040 @end ignore
18041 @ignore
18042 @mindex I Q
18043 @end ignore
18044 @kindex I Q
18045 @tindex sqr
18046 The @kbd{Q} (@code{calc-sqrt}) [@code{sqrt}] function is described elsewhere;
18047 @pxref{Basic Arithmetic}.  With the Inverse flag [@code{sqr}], this command
18048 computes the square of the argument.
18050 @xref{Prefix Arguments}, for a discussion of the effect of numeric
18051 prefix arguments on commands in this chapter which do not otherwise
18052 interpret a prefix argument.
18054 @menu
18055 * Logarithmic Functions::
18056 * Trigonometric and Hyperbolic Functions::
18057 * Advanced Math Functions::
18058 * Branch Cuts::
18059 * Random Numbers::
18060 * Combinatorial Functions::
18061 * Probability Distribution Functions::
18062 @end menu
18064 @node Logarithmic Functions, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions, Scientific Functions
18065 @section Logarithmic Functions
18067 @noindent
18068 @kindex L
18069 @pindex calc-ln
18070 @tindex ln
18071 @ignore
18072 @mindex @null
18073 @end ignore
18074 @kindex I E
18075 The shift-@kbd{L} (@code{calc-ln}) [@code{ln}] command computes the natural
18076 logarithm of the real or complex number on the top of the stack.  With
18077 the Inverse flag it computes the exponential function instead, although
18078 this is redundant with the @kbd{E} command.
18080 @kindex E
18081 @pindex calc-exp
18082 @tindex exp
18083 @ignore
18084 @mindex @null
18085 @end ignore
18086 @kindex I L
18087 The shift-@kbd{E} (@code{calc-exp}) [@code{exp}] command computes the
18088 exponential, i.e., @expr{e} raised to the power of the number on the stack.
18089 The meanings of the Inverse and Hyperbolic flags follow from those for
18090 the @code{calc-ln} command.
18092 @kindex H L
18093 @kindex H E
18094 @pindex calc-log10
18095 @tindex log10
18096 @tindex exp10
18097 @ignore
18098 @mindex @null
18099 @end ignore
18100 @kindex H I L
18101 @ignore
18102 @mindex @null
18103 @end ignore
18104 @kindex H I E
18105 The @kbd{H L} (@code{calc-log10}) [@code{log10}] command computes the common
18106 (base-10) logarithm of a number.  (With the Inverse flag [@code{exp10}],
18107 it raises ten to a given power.)  Note that the common logarithm of a
18108 complex number is computed by taking the natural logarithm and dividing
18109 by 
18110 @texline @math{\ln10}.
18111 @infoline @expr{ln(10)}.
18113 @kindex B
18114 @kindex I B
18115 @pindex calc-log
18116 @tindex log
18117 @tindex alog
18118 The @kbd{B} (@code{calc-log}) [@code{log}] command computes a logarithm
18119 to any base.  For example, @kbd{1024 @key{RET} 2 B} produces 10, since
18120 @texline @math{2^{10} = 1024}.
18121 @infoline @expr{2^10 = 1024}.  
18122 In certain cases like @samp{log(3,9)}, the result
18123 will be either @expr{1:2} or @expr{0.5} depending on the current Fraction
18124 mode setting.  With the Inverse flag [@code{alog}], this command is
18125 similar to @kbd{^} except that the order of the arguments is reversed.
18127 @kindex f I
18128 @pindex calc-ilog
18129 @tindex ilog
18130 The @kbd{f I} (@code{calc-ilog}) [@code{ilog}] command computes the
18131 integer logarithm of a number to any base.  The number and the base must
18132 themselves be positive integers.  This is the true logarithm, rounded
18133 down to an integer.  Thus @kbd{ilog(x,10)} is 3 for all @expr{x} in the
18134 range from 1000 to 9999.  If both arguments are positive integers, exact
18135 integer arithmetic is used; otherwise, this is equivalent to
18136 @samp{floor(log(x,b))}.
18138 @kindex f E
18139 @pindex calc-expm1
18140 @tindex expm1
18141 The @kbd{f E} (@code{calc-expm1}) [@code{expm1}] command computes
18142 @texline @math{e^x - 1},
18143 @infoline @expr{exp(x)-1}, 
18144 but using an algorithm that produces a more accurate
18145 answer when the result is close to zero, i.e., when 
18146 @texline @math{e^x}
18147 @infoline @expr{exp(x)} 
18148 is close to one.
18150 @kindex f L
18151 @pindex calc-lnp1
18152 @tindex lnp1
18153 The @kbd{f L} (@code{calc-lnp1}) [@code{lnp1}] command computes
18154 @texline @math{\ln(x+1)},
18155 @infoline @expr{ln(x+1)}, 
18156 producing a more accurate answer when @expr{x} is close to zero.
18158 @node Trigonometric and Hyperbolic Functions, Advanced Math Functions, Logarithmic Functions, Scientific Functions
18159 @section Trigonometric/Hyperbolic Functions
18161 @noindent
18162 @kindex S
18163 @pindex calc-sin
18164 @tindex sin
18165 The shift-@kbd{S} (@code{calc-sin}) [@code{sin}] command computes the sine
18166 of an angle or complex number.  If the input is an HMS form, it is interpreted
18167 as degrees-minutes-seconds; otherwise, the input is interpreted according
18168 to the current angular mode.  It is best to use Radians mode when operating
18169 on complex numbers.
18171 Calc's ``units'' mechanism includes angular units like @code{deg},
18172 @code{rad}, and @code{grad}.  While @samp{sin(45 deg)} is not evaluated
18173 all the time, the @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command will
18174 simplify @samp{sin(45 deg)} by taking the sine of 45 degrees, regardless
18175 of the current angular mode.  @xref{Basic Operations on Units}.
18177 Also, the symbolic variable @code{pi} is not ordinarily recognized in
18178 arguments to trigonometric functions, as in @samp{sin(3 pi / 4)}, but
18179 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command recognizes many such
18180 formulas when the current angular mode is Radians @emph{and} Symbolic
18181 mode is enabled; this example would be replaced by @samp{sqrt(2) / 2}.
18182 @xref{Symbolic Mode}.  Beware, this simplification occurs even if you
18183 have stored a different value in the variable @samp{pi}; this is one
18184 reason why changing built-in variables is a bad idea.  Arguments of
18185 the form @expr{x} plus a multiple of @cpiover{2} are also simplified.
18186 Calc includes similar formulas for @code{cos} and @code{tan}.
18188 The @kbd{a s} command knows all angles which are integer multiples of
18189 @cpiover{12}, @cpiover{10}, or @cpiover{8} radians.  In Degrees mode,
18190 analogous simplifications occur for integer multiples of 15 or 18
18191 degrees, and for arguments plus multiples of 90 degrees.
18193 @kindex I S
18194 @pindex calc-arcsin
18195 @tindex arcsin
18196 With the Inverse flag, @code{calc-sin} computes an arcsine.  This is also
18197 available as the @code{calc-arcsin} command or @code{arcsin} algebraic
18198 function.  The returned argument is converted to degrees, radians, or HMS
18199 notation depending on the current angular mode.
18201 @kindex H S
18202 @pindex calc-sinh
18203 @tindex sinh
18204 @kindex H I S
18205 @pindex calc-arcsinh
18206 @tindex arcsinh
18207 With the Hyperbolic flag, @code{calc-sin} computes the hyperbolic
18208 sine, also available as @code{calc-sinh} [@code{sinh}].  With the
18209 Hyperbolic and Inverse flags, it computes the hyperbolic arcsine
18210 (@code{calc-arcsinh}) [@code{arcsinh}].
18212 @kindex C
18213 @pindex calc-cos
18214 @tindex cos
18215 @ignore
18216 @mindex @idots
18217 @end ignore
18218 @kindex I C
18219 @pindex calc-arccos
18220 @ignore
18221 @mindex @null
18222 @end ignore
18223 @tindex arccos
18224 @ignore
18225 @mindex @null
18226 @end ignore
18227 @kindex H C
18228 @pindex calc-cosh
18229 @ignore
18230 @mindex @null
18231 @end ignore
18232 @tindex cosh
18233 @ignore
18234 @mindex @null
18235 @end ignore
18236 @kindex H I C
18237 @pindex calc-arccosh
18238 @ignore
18239 @mindex @null
18240 @end ignore
18241 @tindex arccosh
18242 @ignore
18243 @mindex @null
18244 @end ignore
18245 @kindex T
18246 @pindex calc-tan
18247 @ignore
18248 @mindex @null
18249 @end ignore
18250 @tindex tan
18251 @ignore
18252 @mindex @null
18253 @end ignore
18254 @kindex I T
18255 @pindex calc-arctan
18256 @ignore
18257 @mindex @null
18258 @end ignore
18259 @tindex arctan
18260 @ignore
18261 @mindex @null
18262 @end ignore
18263 @kindex H T
18264 @pindex calc-tanh
18265 @ignore
18266 @mindex @null
18267 @end ignore
18268 @tindex tanh
18269 @ignore
18270 @mindex @null
18271 @end ignore
18272 @kindex H I T
18273 @pindex calc-arctanh
18274 @ignore
18275 @mindex @null
18276 @end ignore
18277 @tindex arctanh
18278 The shift-@kbd{C} (@code{calc-cos}) [@code{cos}] command computes the cosine
18279 of an angle or complex number, and shift-@kbd{T} (@code{calc-tan}) [@code{tan}]
18280 computes the tangent, along with all the various inverse and hyperbolic
18281 variants of these functions.
18283 @kindex f T
18284 @pindex calc-arctan2
18285 @tindex arctan2
18286 The @kbd{f T} (@code{calc-arctan2}) [@code{arctan2}] command takes two
18287 numbers from the stack and computes the arc tangent of their ratio.  The
18288 result is in the full range from @mathit{-180} (exclusive) to @mathit{+180}
18289 (inclusive) degrees, or the analogous range in radians.  A similar
18290 result would be obtained with @kbd{/} followed by @kbd{I T}, but the
18291 value would only be in the range from @mathit{-90} to @mathit{+90} degrees
18292 since the division loses information about the signs of the two
18293 components, and an error might result from an explicit division by zero
18294 which @code{arctan2} would avoid.  By (arbitrary) definition,
18295 @samp{arctan2(0,0)=0}.
18297 @pindex calc-sincos
18298 @ignore
18299 @starindex
18300 @end ignore
18301 @tindex sincos
18302 @ignore
18303 @starindex
18304 @end ignore
18305 @ignore
18306 @mindex arc@idots
18307 @end ignore
18308 @tindex arcsincos
18309 The @code{calc-sincos} [@code{sincos}] command computes the sine and
18310 cosine of a number, returning them as a vector of the form
18311 @samp{[@var{cos}, @var{sin}]}.
18312 With the Inverse flag [@code{arcsincos}], this command takes a two-element
18313 vector as an argument and computes @code{arctan2} of the elements.
18314 (This command does not accept the Hyperbolic flag.)
18316 @pindex calc-sec
18317 @tindex sec
18318 @pindex calc-csc
18319 @tindex csc
18320 @pindex calc-cot
18321 @tindex cot
18322 @pindex calc-sech
18323 @tindex sech
18324 @pindex calc-csch
18325 @tindex csch
18326 @pindex calc-coth
18327 @tindex coth
18328 The remaining trigonometric functions, @code{calc-sec} [@code{sec}],
18329 @code{calc-csc} [@code{csc}] and @code{calc-cot} [@code{cot}], are also
18330 available.  With the Hyperbolic flag, these compute their hyperbolic
18331 counterparts, which are also available separately as @code{calc-sech}
18332 [@code{sech}], @code{calc-csch} [@code{csch}] and @code{calc-coth}
18333 [@code{coth}].  (These commands do not accept the Inverse flag.)
18335 @node Advanced Math Functions, Branch Cuts, Trigonometric and Hyperbolic Functions, Scientific Functions
18336 @section Advanced Mathematical Functions
18338 @noindent
18339 Calc can compute a variety of less common functions that arise in
18340 various branches of mathematics.  All of the functions described in
18341 this section allow arbitrary complex arguments and, except as noted,
18342 will work to arbitrarily large precisions.  They can not at present
18343 handle error forms or intervals as arguments.
18345 NOTE:  These functions are still experimental.  In particular, their
18346 accuracy is not guaranteed in all domains.  It is advisable to set the
18347 current precision comfortably higher than you actually need when
18348 using these functions.  Also, these functions may be impractically
18349 slow for some values of the arguments.
18351 @kindex f g
18352 @pindex calc-gamma
18353 @tindex gamma
18354 The @kbd{f g} (@code{calc-gamma}) [@code{gamma}] command computes the Euler
18355 gamma function.  For positive integer arguments, this is related to the
18356 factorial function:  @samp{gamma(n+1) = fact(n)}.  For general complex
18357 arguments the gamma function can be defined by the following definite
18358 integral:  
18359 @texline @math{\Gamma(a) = \int_0^\infty t^{a-1} e^t dt}.
18360 @infoline @expr{gamma(a) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, inf)}.  
18361 (The actual implementation uses far more efficient computational methods.)
18363 @kindex f G
18364 @tindex gammaP
18365 @ignore
18366 @mindex @idots
18367 @end ignore
18368 @kindex I f G
18369 @ignore
18370 @mindex @null
18371 @end ignore
18372 @kindex H f G
18373 @ignore
18374 @mindex @null
18375 @end ignore
18376 @kindex H I f G
18377 @pindex calc-inc-gamma
18378 @ignore
18379 @mindex @null
18380 @end ignore
18381 @tindex gammaQ
18382 @ignore
18383 @mindex @null
18384 @end ignore
18385 @tindex gammag
18386 @ignore
18387 @mindex @null
18388 @end ignore
18389 @tindex gammaG
18390 The @kbd{f G} (@code{calc-inc-gamma}) [@code{gammaP}] command computes
18391 the incomplete gamma function, denoted @samp{P(a,x)}.  This is defined by
18392 the integral, 
18393 @texline @math{P(a,x) = \left( \int_0^x t^{a-1} e^t dt \right) / \Gamma(a)}.
18394 @infoline @expr{gammaP(a,x) = integ(t^(a-1) exp(t), t, 0, x) / gamma(a)}.
18395 This implies that @samp{gammaP(a,inf) = 1} for any @expr{a} (see the
18396 definition of the normal gamma function).
18398 Several other varieties of incomplete gamma function are defined.
18399 The complement of @expr{P(a,x)}, called @expr{Q(a,x) = 1-P(a,x)} by
18400 some authors, is computed by the @kbd{I f G} [@code{gammaQ}] command.
18401 You can think of this as taking the other half of the integral, from
18402 @expr{x} to infinity.
18404 @ifnottex
18405 The functions corresponding to the integrals that define @expr{P(a,x)}
18406 and @expr{Q(a,x)} but without the normalizing @expr{1/gamma(a)}
18407 factor are called @expr{g(a,x)} and @expr{G(a,x)}, respectively
18408 (where @expr{g} and @expr{G} represent the lower- and upper-case Greek
18409 letter gamma).  You can obtain these using the @kbd{H f G} [@code{gammag}]
18410 and @kbd{H I f G} [@code{gammaG}] commands.
18411 @end ifnottex
18412 @tex
18413 \turnoffactive
18414 The functions corresponding to the integrals that define $P(a,x)$
18415 and $Q(a,x)$ but without the normalizing $1/\Gamma(a)$
18416 factor are called $\gamma(a,x)$ and $\Gamma(a,x)$, respectively.
18417 You can obtain these using the \kbd{H f G} [\code{gammag}] and
18418 \kbd{I H f G} [\code{gammaG}] commands.
18419 @end tex
18421 @kindex f b
18422 @pindex calc-beta
18423 @tindex beta
18424 The @kbd{f b} (@code{calc-beta}) [@code{beta}] command computes the
18425 Euler beta function, which is defined in terms of the gamma function as
18426 @texline @math{B(a,b) = \Gamma(a) \Gamma(b) / \Gamma(a+b)},
18427 @infoline @expr{beta(a,b) = gamma(a) gamma(b) / gamma(a+b)}, 
18428 or by
18429 @texline @math{B(a,b) = \int_0^1 t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt}.
18430 @infoline @expr{beta(a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, 1)}.
18432 @kindex f B
18433 @kindex H f B
18434 @pindex calc-inc-beta
18435 @tindex betaI
18436 @tindex betaB
18437 The @kbd{f B} (@code{calc-inc-beta}) [@code{betaI}] command computes
18438 the incomplete beta function @expr{I(x,a,b)}.  It is defined by
18439 @texline @math{I(x,a,b) = \left( \int_0^x t^{a-1} (1-t)^{b-1} dt \right) / B(a,b)}.
18440 @infoline @expr{betaI(x,a,b) = integ(t^(a-1) (1-t)^(b-1), t, 0, x) / beta(a,b)}.
18441 Once again, the @kbd{H} (hyperbolic) prefix gives the corresponding
18442 un-normalized version [@code{betaB}].
18444 @kindex f e
18445 @kindex I f e
18446 @pindex calc-erf
18447 @tindex erf
18448 @tindex erfc
18449 The @kbd{f e} (@code{calc-erf}) [@code{erf}] command computes the
18450 error function 
18451 @texline @math{\hbox{erf}(x) = {2 \over \sqrt{\pi}} \int_0^x e^{-t^2} dt}.
18452 @infoline @expr{erf(x) = 2 integ(exp(-(t^2)), t, 0, x) / sqrt(pi)}.
18453 The complementary error function @kbd{I f e} (@code{calc-erfc}) [@code{erfc}]
18454 is the corresponding integral from @samp{x} to infinity; the sum
18455 @texline @math{\hbox{erf}(x) + \hbox{erfc}(x) = 1}.
18456 @infoline @expr{erf(x) + erfc(x) = 1}.
18458 @kindex f j
18459 @kindex f y
18460 @pindex calc-bessel-J
18461 @pindex calc-bessel-Y
18462 @tindex besJ
18463 @tindex besY
18464 The @kbd{f j} (@code{calc-bessel-J}) [@code{besJ}] and @kbd{f y}
18465 (@code{calc-bessel-Y}) [@code{besY}] commands compute the Bessel
18466 functions of the first and second kinds, respectively.
18467 In @samp{besJ(n,x)} and @samp{besY(n,x)} the ``order'' parameter
18468 @expr{n} is often an integer, but is not required to be one.
18469 Calc's implementation of the Bessel functions currently limits the
18470 precision to 8 digits, and may not be exact even to that precision.
18471 Use with care!
18473 @node Branch Cuts, Random Numbers, Advanced Math Functions, Scientific Functions
18474 @section Branch Cuts and Principal Values
18476 @noindent
18477 @cindex Branch cuts
18478 @cindex Principal values
18479 All of the logarithmic, trigonometric, and other scientific functions are
18480 defined for complex numbers as well as for reals.
18481 This section describes the values
18482 returned in cases where the general result is a family of possible values.
18483 Calc follows section 12.5.3 of Steele's @dfn{Common Lisp, the Language},
18484 second edition, in these matters.  This section will describe each
18485 function briefly; for a more detailed discussion (including some nifty
18486 diagrams), consult Steele's book.
18488 Note that the branch cuts for @code{arctan} and @code{arctanh} were
18489 changed between the first and second editions of Steele.  Versions of
18490 Calc starting with 2.00 follow the second edition.
18492 The new branch cuts exactly match those of the HP-28/48 calculators.
18493 They also match those of Mathematica 1.2, except that Mathematica's
18494 @code{arctan} cut is always in the right half of the complex plane,
18495 and its @code{arctanh} cut is always in the top half of the plane.
18496 Calc's cuts are continuous with quadrants I and III for @code{arctan},
18497 or II and IV for @code{arctanh}.
18499 Note:  The current implementations of these functions with complex arguments
18500 are designed with proper behavior around the branch cuts in mind, @emph{not}
18501 efficiency or accuracy.  You may need to increase the floating precision
18502 and wait a while to get suitable answers from them.
18504 For @samp{sqrt(a+bi)}:  When @expr{a<0} and @expr{b} is small but positive
18505 or zero, the result is close to the @expr{+i} axis.  For @expr{b} small and
18506 negative, the result is close to the @expr{-i} axis.  The result always lies
18507 in the right half of the complex plane.
18509 For @samp{ln(a+bi)}:  The real part is defined as @samp{ln(abs(a+bi))}.
18510 The imaginary part is defined as @samp{arg(a+bi) = arctan2(b,a)}.
18511 Thus the branch cuts for @code{sqrt} and @code{ln} both lie on the
18512 negative real axis.
18514 The following table describes these branch cuts in another way.
18515 If the real and imaginary parts of @expr{z} are as shown, then
18516 the real and imaginary parts of @expr{f(z)} will be as shown.
18517 Here @code{eps} stands for a small positive value; each
18518 occurrence of @code{eps} may stand for a different small value.
18520 @smallexample
18521      z           sqrt(z)       ln(z)
18522 ----------------------------------------
18523    +,   0         +,  0       any, 0
18524    -,   0         0,  +       any, pi
18525    -, +eps      +eps, +      +eps, +
18526    -, -eps      +eps, -      +eps, -
18527 @end smallexample
18529 For @samp{z1^z2}:  This is defined by @samp{exp(ln(z1)*z2)}.
18530 One interesting consequence of this is that @samp{(-8)^1:3} does
18531 not evaluate to @mathit{-2} as you might expect, but to the complex
18532 number @expr{(1., 1.732)}.  Both of these are valid cube roots
18533 of @mathit{-8} (as is @expr{(1., -1.732)}); Calc chooses a perhaps
18534 less-obvious root for the sake of mathematical consistency.
18536 For @samp{arcsin(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(i*z + sqrt(1-z^2))}.
18537 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18539 For @samp{arccos(z)}:  This is defined by @samp{-i*ln(z + i*sqrt(1-z^2))},
18540 or equivalently by @samp{pi/2 - arcsin(z)}.  The branch cuts are on
18541 the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18543 For @samp{arctan(z)}:  This is defined by
18544 @samp{(ln(1+i*z) - ln(1-i*z)) / (2*i)}.  The branch cuts are on the
18545 imaginary axis, below @expr{-i} and above @expr{i}.
18547 For @samp{arcsinh(z)}:  This is defined by @samp{ln(z + sqrt(1+z^2))}.
18548 The branch cuts are on the imaginary axis, below @expr{-i} and
18549 above @expr{i}.
18551 For @samp{arccosh(z)}:  This is defined by
18552 @samp{ln(z + (z+1)*sqrt((z-1)/(z+1)))}.  The branch cut is on the
18553 real axis less than 1.
18555 For @samp{arctanh(z)}:  This is defined by @samp{(ln(1+z) - ln(1-z)) / 2}.
18556 The branch cuts are on the real axis, less than @mathit{-1} and greater than 1.
18558 The following tables for @code{arcsin}, @code{arccos}, and
18559 @code{arctan} assume the current angular mode is Radians.  The
18560 hyperbolic functions operate independently of the angular mode.
18562 @smallexample
18563        z             arcsin(z)            arccos(z)
18564 -------------------------------------------------------
18565  (-1..1),  0      (-pi/2..pi/2), 0       (0..pi), 0
18566  (-1..1), +eps    (-pi/2..pi/2), +eps    (0..pi), -eps
18567  (-1..1), -eps    (-pi/2..pi/2), -eps    (0..pi), +eps
18568    <-1,    0          -pi/2,     +         pi,    -
18569    <-1,  +eps      -pi/2 + eps,  +      pi - eps, -
18570    <-1,  -eps      -pi/2 + eps,  -      pi - eps, +
18571     >1,    0           pi/2,     -          0,    +
18572     >1,  +eps       pi/2 - eps,  +        +eps,   -
18573     >1,  -eps       pi/2 - eps,  -        +eps,   +
18574 @end smallexample
18576 @smallexample
18577        z            arccosh(z)         arctanh(z)
18578 -----------------------------------------------------
18579  (-1..1),  0        0,  (0..pi)       any,     0
18580  (-1..1), +eps    +eps, (0..pi)       any,    +eps
18581  (-1..1), -eps    +eps, (-pi..0)      any,    -eps
18582    <-1,    0        +,    pi           -,     pi/2
18583    <-1,  +eps       +,  pi - eps       -,  pi/2 - eps
18584    <-1,  -eps       +, -pi + eps       -, -pi/2 + eps
18585     >1,    0        +,     0           +,    -pi/2
18586     >1,  +eps       +,   +eps          +,  pi/2 - eps
18587     >1,  -eps       +,   -eps          +, -pi/2 + eps
18588 @end smallexample
18590 @smallexample
18591        z           arcsinh(z)           arctan(z)
18592 -----------------------------------------------------
18593    0, (-1..1)    0, (-pi/2..pi/2)         0,     any
18594    0,   <-1      -,    -pi/2            -pi/2,    -
18595  +eps,  <-1      +, -pi/2 + eps       pi/2 - eps, -
18596  -eps,  <-1      -, -pi/2 + eps      -pi/2 + eps, -
18597    0,    >1      +,     pi/2             pi/2,    +
18598  +eps,   >1      +,  pi/2 - eps       pi/2 - eps, +
18599  -eps,   >1      -,  pi/2 - eps      -pi/2 + eps, +
18600 @end smallexample
18602 Finally, the following identities help to illustrate the relationship
18603 between the complex trigonometric and hyperbolic functions.  They
18604 are valid everywhere, including on the branch cuts.
18606 @smallexample
18607 sin(i*z)  = i*sinh(z)       arcsin(i*z)  = i*arcsinh(z)
18608 cos(i*z)  =   cosh(z)       arcsinh(i*z) = i*arcsin(z)
18609 tan(i*z)  = i*tanh(z)       arctan(i*z)  = i*arctanh(z)
18610 sinh(i*z) = i*sin(z)        cosh(i*z)    =   cos(z)
18611 @end smallexample
18613 The ``advanced math'' functions (gamma, Bessel, etc.@:) are also defined
18614 for general complex arguments, but their branch cuts and principal values
18615 are not rigorously specified at present.
18617 @node Random Numbers, Combinatorial Functions, Branch Cuts, Scientific Functions
18618 @section Random Numbers
18620 @noindent
18621 @kindex k r
18622 @pindex calc-random
18623 @tindex random
18624 The @kbd{k r} (@code{calc-random}) [@code{random}] command produces
18625 random numbers of various sorts.
18627 Given a positive numeric prefix argument @expr{M}, it produces a random
18628 integer @expr{N} in the range 
18629 @texline @math{0 \le N < M}.
18630 @infoline @expr{0 <= N < M}.  
18631 Each possible value @expr{N} appears with equal probability.
18633 With no numeric prefix argument, the @kbd{k r} command takes its argument
18634 from the stack instead.  Once again, if this is a positive integer @expr{M}
18635 the result is a random integer less than @expr{M}.  However, note that
18636 while numeric prefix arguments are limited to six digits or so, an @expr{M}
18637 taken from the stack can be arbitrarily large.  If @expr{M} is negative,
18638 the result is a random integer in the range 
18639 @texline @math{M < N \le 0}.
18640 @infoline @expr{M < N <= 0}.
18642 If the value on the stack is a floating-point number @expr{M}, the result
18643 is a random floating-point number @expr{N} in the range 
18644 @texline @math{0 \le N < M}
18645 @infoline @expr{0 <= N < M}
18646 or 
18647 @texline @math{M < N \le 0},
18648 @infoline @expr{M < N <= 0}, 
18649 according to the sign of @expr{M}.
18651 If @expr{M} is zero, the result is a Gaussian-distributed random real
18652 number; the distribution has a mean of zero and a standard deviation
18653 of one.  The algorithm used generates random numbers in pairs; thus,
18654 every other call to this function will be especially fast.
18656 If @expr{M} is an error form 
18657 @texline @math{m} @code{+/-} @math{\sigma}
18658 @infoline @samp{m +/- s} 
18659 where @var{m} and 
18660 @texline @math{\sigma}
18661 @infoline @var{s} 
18662 are both real numbers, the result uses a Gaussian distribution with mean
18663 @var{m} and standard deviation 
18664 @texline @math{\sigma}.
18665 @infoline @var{s}.
18667 If @expr{M} is an interval form, the lower and upper bounds specify the
18668 acceptable limits of the random numbers.  If both bounds are integers,
18669 the result is a random integer in the specified range.  If either bound
18670 is floating-point, the result is a random real number in the specified
18671 range.  If the interval is open at either end, the result will be sure
18672 not to equal that end value.  (This makes a big difference for integer
18673 intervals, but for floating-point intervals it's relatively minor:
18674 with a precision of 6, @samp{random([1.0..2.0))} will return any of one
18675 million numbers from 1.00000 to 1.99999; @samp{random([1.0..2.0])} may
18676 additionally return 2.00000, but the probability of this happening is
18677 extremely small.)
18679 If @expr{M} is a vector, the result is one element taken at random from
18680 the vector.  All elements of the vector are given equal probabilities.
18682 @vindex RandSeed
18683 The sequence of numbers produced by @kbd{k r} is completely random by
18684 default, i.e., the sequence is seeded each time you start Calc using
18685 the current time and other information.  You can get a reproducible
18686 sequence by storing a particular ``seed value'' in the Calc variable
18687 @code{RandSeed}.  Any integer will do for a seed; integers of from 1
18688 to 12 digits are good.  If you later store a different integer into
18689 @code{RandSeed}, Calc will switch to a different pseudo-random
18690 sequence.  If you ``unstore'' @code{RandSeed}, Calc will re-seed itself
18691 from the current time.  If you store the same integer that you used
18692 before back into @code{RandSeed}, you will get the exact same sequence
18693 of random numbers as before.
18695 @pindex calc-rrandom
18696 The @code{calc-rrandom} command (not on any key) produces a random real
18697 number between zero and one.  It is equivalent to @samp{random(1.0)}.
18699 @kindex k a
18700 @pindex calc-random-again
18701 The @kbd{k a} (@code{calc-random-again}) command produces another random
18702 number, re-using the most recent value of @expr{M}.  With a numeric
18703 prefix argument @var{n}, it produces @var{n} more random numbers using
18704 that value of @expr{M}.
18706 @kindex k h
18707 @pindex calc-shuffle
18708 @tindex shuffle
18709 The @kbd{k h} (@code{calc-shuffle}) command produces a vector of several
18710 random values with no duplicates.  The value on the top of the stack
18711 specifies the set from which the random values are drawn, and may be any
18712 of the @expr{M} formats described above.  The numeric prefix argument
18713 gives the length of the desired list.  (If you do not provide a numeric
18714 prefix argument, the length of the list is taken from the top of the
18715 stack, and @expr{M} from second-to-top.)
18717 If @expr{M} is a floating-point number, zero, or an error form (so
18718 that the random values are being drawn from the set of real numbers)
18719 there is little practical difference between using @kbd{k h} and using
18720 @kbd{k r} several times.  But if the set of possible values consists
18721 of just a few integers, or the elements of a vector, then there is
18722 a very real chance that multiple @kbd{k r}'s will produce the same
18723 number more than once.  The @kbd{k h} command produces a vector whose
18724 elements are always distinct.  (Actually, there is a slight exception:
18725 If @expr{M} is a vector, no given vector element will be drawn more
18726 than once, but if several elements of @expr{M} are equal, they may
18727 each make it into the result vector.)
18729 One use of @kbd{k h} is to rearrange a list at random.  This happens
18730 if the prefix argument is equal to the number of values in the list:
18731 @kbd{[1, 1.5, 2, 2.5, 3] 5 k h} might produce the permuted list
18732 @samp{[2.5, 1, 1.5, 3, 2]}.  As a convenient feature, if the argument
18733 @var{n} is negative it is replaced by the size of the set represented
18734 by @expr{M}.  Naturally, this is allowed only when @expr{M} specifies
18735 a small discrete set of possibilities.
18737 To do the equivalent of @kbd{k h} but with duplications allowed,
18738 given @expr{M} on the stack and with @var{n} just entered as a numeric
18739 prefix, use @kbd{v b} to build a vector of copies of @expr{M}, then use
18740 @kbd{V M k r} to ``map'' the normal @kbd{k r} function over the
18741 elements of this vector.  @xref{Matrix Functions}.
18743 @menu
18744 * Random Number Generator::     (Complete description of Calc's algorithm)
18745 @end menu
18747 @node Random Number Generator,  , Random Numbers, Random Numbers
18748 @subsection Random Number Generator
18750 Calc's random number generator uses several methods to ensure that
18751 the numbers it produces are highly random.  Knuth's @emph{Art of
18752 Computer Programming}, Volume II, contains a thorough description
18753 of the theory of random number generators and their measurement and
18754 characterization.
18756 If @code{RandSeed} has no stored value, Calc calls Emacs' built-in
18757 @code{random} function to get a stream of random numbers, which it
18758 then treats in various ways to avoid problems inherent in the simple
18759 random number generators that many systems use to implement @code{random}.
18761 When Calc's random number generator is first invoked, it ``seeds''
18762 the low-level random sequence using the time of day, so that the
18763 random number sequence will be different every time you use Calc.
18765 Since Emacs Lisp doesn't specify the range of values that will be
18766 returned by its @code{random} function, Calc exercises the function
18767 several times to estimate the range.  When Calc subsequently uses
18768 the @code{random} function, it takes only 10 bits of the result
18769 near the most-significant end.  (It avoids at least the bottom
18770 four bits, preferably more, and also tries to avoid the top two
18771 bits.)  This strategy works well with the linear congruential
18772 generators that are typically used to implement @code{random}.
18774 If @code{RandSeed} contains an integer, Calc uses this integer to
18775 seed an ``additive congruential'' method (Knuth's algorithm 3.2.2A,
18776 computing 
18777 @texline @math{X_{n-55} - X_{n-24}}.
18778 @infoline @expr{X_n-55 - X_n-24}).  
18779 This method expands the seed
18780 value into a large table which is maintained internally; the variable
18781 @code{RandSeed} is changed from, e.g., 42 to the vector @expr{[42]}
18782 to indicate that the seed has been absorbed into this table.  When
18783 @code{RandSeed} contains a vector, @kbd{k r} and related commands
18784 continue to use the same internal table as last time.  There is no
18785 way to extract the complete state of the random number generator
18786 so that you can restart it from any point; you can only restart it
18787 from the same initial seed value.  A simple way to restart from the
18788 same seed is to type @kbd{s r RandSeed} to get the seed vector,
18789 @kbd{v u} to unpack it back into a number, then @kbd{s t RandSeed}
18790 to reseed the generator with that number.
18792 Calc uses a ``shuffling'' method as described in algorithm 3.2.2B
18793 of Knuth.  It fills a table with 13 random 10-bit numbers.  Then,
18794 to generate a new random number, it uses the previous number to
18795 index into the table, picks the value it finds there as the new
18796 random number, then replaces that table entry with a new value
18797 obtained from a call to the base random number generator (either
18798 the additive congruential generator or the @code{random} function
18799 supplied by the system).  If there are any flaws in the base
18800 generator, shuffling will tend to even them out.  But if the system
18801 provides an excellent @code{random} function, shuffling will not
18802 damage its randomness.
18804 To create a random integer of a certain number of digits, Calc
18805 builds the integer three decimal digits at a time.  For each group
18806 of three digits, Calc calls its 10-bit shuffling random number generator
18807 (which returns a value from 0 to 1023); if the random value is 1000
18808 or more, Calc throws it out and tries again until it gets a suitable
18809 value.
18811 To create a random floating-point number with precision @var{p}, Calc
18812 simply creates a random @var{p}-digit integer and multiplies by
18813 @texline @math{10^{-p}}.
18814 @infoline @expr{10^-p}.  
18815 The resulting random numbers should be very clean, but note
18816 that relatively small numbers will have few significant random digits.
18817 In other words, with a precision of 12, you will occasionally get
18818 numbers on the order of 
18819 @texline @math{10^{-9}}
18820 @infoline @expr{10^-9} 
18821 or 
18822 @texline @math{10^{-10}},
18823 @infoline @expr{10^-10}, 
18824 but those numbers will only have two or three random digits since they
18825 correspond to small integers times 
18826 @texline @math{10^{-12}}.
18827 @infoline @expr{10^-12}.
18829 To create a random integer in the interval @samp{[0 .. @var{m})}, Calc
18830 counts the digits in @var{m}, creates a random integer with three
18831 additional digits, then reduces modulo @var{m}.  Unless @var{m} is a
18832 power of ten the resulting values will be very slightly biased toward
18833 the lower numbers, but this bias will be less than 0.1%.  (For example,
18834 if @var{m} is 42, Calc will reduce a random integer less than 100000
18835 modulo 42 to get a result less than 42.  It is easy to show that the
18836 numbers 40 and 41 will be only 2380/2381 as likely to result from this
18837 modulo operation as numbers 39 and below.)  If @var{m} is a power of
18838 ten, however, the numbers should be completely unbiased.
18840 The Gaussian random numbers generated by @samp{random(0.0)} use the
18841 ``polar'' method described in Knuth section 3.4.1C.  This method
18842 generates a pair of Gaussian random numbers at a time, so only every
18843 other call to @samp{random(0.0)} will require significant calculations.
18845 @node Combinatorial Functions, Probability Distribution Functions, Random Numbers, Scientific Functions
18846 @section Combinatorial Functions
18848 @noindent
18849 Commands relating to combinatorics and number theory begin with the
18850 @kbd{k} key prefix.
18852 @kindex k g
18853 @pindex calc-gcd
18854 @tindex gcd
18855 The @kbd{k g} (@code{calc-gcd}) [@code{gcd}] command computes the
18856 Greatest Common Divisor of two integers.  It also accepts fractions;
18857 the GCD of two fractions is defined by taking the GCD of the
18858 numerators, and the LCM of the denominators.  This definition is
18859 consistent with the idea that @samp{a / gcd(a,x)} should yield an
18860 integer for any @samp{a} and @samp{x}.  For other types of arguments,
18861 the operation is left in symbolic form.
18863 @kindex k l
18864 @pindex calc-lcm
18865 @tindex lcm
18866 The @kbd{k l} (@code{calc-lcm}) [@code{lcm}] command computes the
18867 Least Common Multiple of two integers or fractions.  The product of
18868 the LCM and GCD of two numbers is equal to the product of the
18869 numbers.
18871 @kindex k E
18872 @pindex calc-extended-gcd
18873 @tindex egcd
18874 The @kbd{k E} (@code{calc-extended-gcd}) [@code{egcd}] command computes
18875 the GCD of two integers @expr{x} and @expr{y} and returns a vector
18876 @expr{[g, a, b]} where 
18877 @texline @math{g = \gcd(x,y) = a x + b y}.
18878 @infoline @expr{g = gcd(x,y) = a x + b y}.
18880 @kindex !
18881 @pindex calc-factorial
18882 @tindex fact
18883 @ignore
18884 @mindex @null
18885 @end ignore
18886 @tindex !
18887 The @kbd{!} (@code{calc-factorial}) [@code{fact}] command computes the
18888 factorial of the number at the top of the stack.  If the number is an
18889 integer, the result is an exact integer.  If the number is an
18890 integer-valued float, the result is a floating-point approximation.  If
18891 the number is a non-integral real number, the generalized factorial is used,
18892 as defined by the Euler Gamma function.  Please note that computation of
18893 large factorials can be slow; using floating-point format will help
18894 since fewer digits must be maintained.  The same is true of many of
18895 the commands in this section.
18897 @kindex k d
18898 @pindex calc-double-factorial
18899 @tindex dfact
18900 @ignore
18901 @mindex @null
18902 @end ignore
18903 @tindex !!
18904 The @kbd{k d} (@code{calc-double-factorial}) [@code{dfact}] command
18905 computes the ``double factorial'' of an integer.  For an even integer,
18906 this is the product of even integers from 2 to @expr{N}.  For an odd
18907 integer, this is the product of odd integers from 3 to @expr{N}.  If
18908 the argument is an integer-valued float, the result is a floating-point
18909 approximation.  This function is undefined for negative even integers.
18910 The notation @expr{N!!} is also recognized for double factorials.
18912 @kindex k c
18913 @pindex calc-choose
18914 @tindex choose
18915 The @kbd{k c} (@code{calc-choose}) [@code{choose}] command computes the
18916 binomial coefficient @expr{N}-choose-@expr{M}, where @expr{M} is the number
18917 on the top of the stack and @expr{N} is second-to-top.  If both arguments
18918 are integers, the result is an exact integer.  Otherwise, the result is a
18919 floating-point approximation.  The binomial coefficient is defined for all
18920 real numbers by
18921 @texline @math{N! \over M! (N-M)!\,}.
18922 @infoline @expr{N! / M! (N-M)!}.
18924 @kindex H k c
18925 @pindex calc-perm
18926 @tindex perm
18927 @ifnottex
18928 The @kbd{H k c} (@code{calc-perm}) [@code{perm}] command computes the
18929 number-of-permutations function @expr{N! / (N-M)!}.
18930 @end ifnottex
18931 @tex
18932 The \kbd{H k c} (\code{calc-perm}) [\code{perm}] command computes the
18933 number-of-perm\-utations function $N! \over (N-M)!\,$.
18934 @end tex
18936 @kindex k b
18937 @kindex H k b
18938 @pindex calc-bernoulli-number
18939 @tindex bern
18940 The @kbd{k b} (@code{calc-bernoulli-number}) [@code{bern}] command
18941 computes a given Bernoulli number.  The value at the top of the stack
18942 is a nonnegative integer @expr{n} that specifies which Bernoulli number
18943 is desired.  The @kbd{H k b} command computes a Bernoulli polynomial,
18944 taking @expr{n} from the second-to-top position and @expr{x} from the
18945 top of the stack.  If @expr{x} is a variable or formula the result is
18946 a polynomial in @expr{x}; if @expr{x} is a number the result is a number.
18948 @kindex k e
18949 @kindex H k e
18950 @pindex calc-euler-number
18951 @tindex euler
18952 The @kbd{k e} (@code{calc-euler-number}) [@code{euler}] command similarly
18953 computes an Euler number, and @w{@kbd{H k e}} computes an Euler polynomial.
18954 Bernoulli and Euler numbers occur in the Taylor expansions of several
18955 functions.
18957 @kindex k s
18958 @kindex H k s
18959 @pindex calc-stirling-number
18960 @tindex stir1
18961 @tindex stir2
18962 The @kbd{k s} (@code{calc-stirling-number}) [@code{stir1}] command
18963 computes a Stirling number of the first 
18964 @texline kind@tie{}@math{n \brack m},
18965 @infoline kind,
18966 given two integers @expr{n} and @expr{m} on the stack.  The @kbd{H k s}
18967 [@code{stir2}] command computes a Stirling number of the second 
18968 @texline kind@tie{}@math{n \brace m}.
18969 @infoline kind.
18970 These are the number of @expr{m}-cycle permutations of @expr{n} objects,
18971 and the number of ways to partition @expr{n} objects into @expr{m}
18972 non-empty sets, respectively.
18974 @kindex k p
18975 @pindex calc-prime-test
18976 @cindex Primes
18977 The @kbd{k p} (@code{calc-prime-test}) command checks if the integer on
18978 the top of the stack is prime.  For integers less than eight million, the
18979 answer is always exact and reasonably fast.  For larger integers, a
18980 probabilistic method is used (see Knuth vol. II, section 4.5.4, algorithm P).
18981 The number is first checked against small prime factors (up to 13).  Then,
18982 any number of iterations of the algorithm are performed.  Each step either
18983 discovers that the number is non-prime, or substantially increases the
18984 certainty that the number is prime.  After a few steps, the chance that
18985 a number was mistakenly described as prime will be less than one percent.
18986 (Indeed, this is a worst-case estimate of the probability; in practice
18987 even a single iteration is quite reliable.)  After the @kbd{k p} command,
18988 the number will be reported as definitely prime or non-prime if possible,
18989 or otherwise ``probably'' prime with a certain probability of error.
18991 @ignore
18992 @starindex
18993 @end ignore
18994 @tindex prime
18995 The normal @kbd{k p} command performs one iteration of the primality
18996 test.  Pressing @kbd{k p} repeatedly for the same integer will perform
18997 additional iterations.  Also, @kbd{k p} with a numeric prefix performs
18998 the specified number of iterations.  There is also an algebraic function
18999 @samp{prime(n)} or @samp{prime(n,iters)} which returns 1 if @expr{n}
19000 is (probably) prime and 0 if not.
19002 @kindex k f
19003 @pindex calc-prime-factors
19004 @tindex prfac
19005 The @kbd{k f} (@code{calc-prime-factors}) [@code{prfac}] command
19006 attempts to decompose an integer into its prime factors.  For numbers up
19007 to 25 million, the answer is exact although it may take some time.  The
19008 result is a vector of the prime factors in increasing order.  For larger
19009 inputs, prime factors above 5000 may not be found, in which case the
19010 last number in the vector will be an unfactored integer greater than 25
19011 million (with a warning message).  For negative integers, the first
19012 element of the list will be @mathit{-1}.  For inputs @mathit{-1}, @mathit{0}, and
19013 @mathit{1}, the result is a list of the same number.
19015 @kindex k n
19016 @pindex calc-next-prime
19017 @ignore
19018 @mindex nextpr@idots
19019 @end ignore
19020 @tindex nextprime
19021 The @kbd{k n} (@code{calc-next-prime}) [@code{nextprime}] command finds
19022 the next prime above a given number.  Essentially, it searches by calling
19023 @code{calc-prime-test} on successive integers until it finds one that
19024 passes the test.  This is quite fast for integers less than eight million,
19025 but once the probabilistic test comes into play the search may be rather
19026 slow.  Ordinarily this command stops for any prime that passes one iteration
19027 of the primality test.  With a numeric prefix argument, a number must pass
19028 the specified number of iterations before the search stops.  (This only
19029 matters when searching above eight million.)  You can always use additional
19030 @kbd{k p} commands to increase your certainty that the number is indeed
19031 prime.
19033 @kindex I k n
19034 @pindex calc-prev-prime
19035 @ignore
19036 @mindex prevpr@idots
19037 @end ignore
19038 @tindex prevprime
19039 The @kbd{I k n} (@code{calc-prev-prime}) [@code{prevprime}] command
19040 analogously finds the next prime less than a given number.
19042 @kindex k t
19043 @pindex calc-totient
19044 @tindex totient
19045 The @kbd{k t} (@code{calc-totient}) [@code{totient}] command computes the
19046 Euler ``totient'' 
19047 @texline function@tie{}@math{\phi(n)},
19048 @infoline function,
19049 the number of integers less than @expr{n} which
19050 are relatively prime to @expr{n}.
19052 @kindex k m
19053 @pindex calc-moebius
19054 @tindex moebius
19055 The @kbd{k m} (@code{calc-moebius}) [@code{moebius}] command computes the
19056 @texline M@"obius @math{\mu}
19057 @infoline Moebius ``mu''
19058 function.  If the input number is a product of @expr{k}
19059 distinct factors, this is @expr{(-1)^k}.  If the input number has any
19060 duplicate factors (i.e., can be divided by the same prime more than once),
19061 the result is zero.
19063 @node Probability Distribution Functions,  , Combinatorial Functions, Scientific Functions
19064 @section Probability Distribution Functions
19066 @noindent
19067 The functions in this section compute various probability distributions.
19068 For continuous distributions, this is the integral of the probability
19069 density function from @expr{x} to infinity.  (These are the ``upper
19070 tail'' distribution functions; there are also corresponding ``lower
19071 tail'' functions which integrate from minus infinity to @expr{x}.)
19072 For discrete distributions, the upper tail function gives the sum
19073 from @expr{x} to infinity; the lower tail function gives the sum
19074 from minus infinity up to, but not including,@w{ }@expr{x}.
19076 To integrate from @expr{x} to @expr{y}, just use the distribution
19077 function twice and subtract.  For example, the probability that a
19078 Gaussian random variable with mean 2 and standard deviation 1 will
19079 lie in the range from 2.5 to 2.8 is @samp{utpn(2.5,2,1) - utpn(2.8,2,1)}
19080 (``the probability that it is greater than 2.5, but not greater than 2.8''),
19081 or equivalently @samp{ltpn(2.8,2,1) - ltpn(2.5,2,1)}.
19083 @kindex k B
19084 @kindex I k B
19085 @pindex calc-utpb
19086 @tindex utpb
19087 @tindex ltpb
19088 The @kbd{k B} (@code{calc-utpb}) [@code{utpb}] function uses the
19089 binomial distribution.  Push the parameters @var{n}, @var{p}, and
19090 then @var{x} onto the stack; the result (@samp{utpb(x,n,p)}) is the
19091 probability that an event will occur @var{x} or more times out
19092 of @var{n} trials, if its probability of occurring in any given
19093 trial is @var{p}.  The @kbd{I k B} [@code{ltpb}] function is
19094 the probability that the event will occur fewer than @var{x} times.
19096 The other probability distribution functions similarly take the
19097 form @kbd{k @var{X}} (@code{calc-utp@var{x}}) [@code{utp@var{x}}]
19098 and @kbd{I k @var{X}} [@code{ltp@var{x}}], for various letters
19099 @var{x}.  The arguments to the algebraic functions are the value of
19100 the random variable first, then whatever other parameters define the
19101 distribution.  Note these are among the few Calc functions where the
19102 order of the arguments in algebraic form differs from the order of
19103 arguments as found on the stack.  (The random variable comes last on
19104 the stack, so that you can type, e.g., @kbd{2 @key{RET} 1 @key{RET} 2.5
19105 k N M-@key{RET} @key{DEL} 2.8 k N -}, using @kbd{M-@key{RET} @key{DEL}} to
19106 recover the original arguments but substitute a new value for @expr{x}.)
19108 @kindex k C
19109 @pindex calc-utpc
19110 @tindex utpc
19111 @ignore
19112 @mindex @idots
19113 @end ignore
19114 @kindex I k C
19115 @ignore
19116 @mindex @null
19117 @end ignore
19118 @tindex ltpc
19119 The @samp{utpc(x,v)} function uses the chi-square distribution with
19120 @texline @math{\nu}
19121 @infoline @expr{v} 
19122 degrees of freedom.  It is the probability that a model is
19123 correct if its chi-square statistic is @expr{x}.
19125 @kindex k F
19126 @pindex calc-utpf
19127 @tindex utpf
19128 @ignore
19129 @mindex @idots
19130 @end ignore
19131 @kindex I k F
19132 @ignore
19133 @mindex @null
19134 @end ignore
19135 @tindex ltpf
19136 The @samp{utpf(F,v1,v2)} function uses the F distribution, used in
19137 various statistical tests.  The parameters 
19138 @texline @math{\nu_1}
19139 @infoline @expr{v1} 
19140 and 
19141 @texline @math{\nu_2}
19142 @infoline @expr{v2}
19143 are the degrees of freedom in the numerator and denominator,
19144 respectively, used in computing the statistic @expr{F}.
19146 @kindex k N
19147 @pindex calc-utpn
19148 @tindex utpn
19149 @ignore
19150 @mindex @idots
19151 @end ignore
19152 @kindex I k N
19153 @ignore
19154 @mindex @null
19155 @end ignore
19156 @tindex ltpn
19157 The @samp{utpn(x,m,s)} function uses a normal (Gaussian) distribution
19158 with mean @expr{m} and standard deviation 
19159 @texline @math{\sigma}.
19160 @infoline @expr{s}.  
19161 It is the probability that such a normal-distributed random variable
19162 would exceed @expr{x}.
19164 @kindex k P
19165 @pindex calc-utpp
19166 @tindex utpp
19167 @ignore
19168 @mindex @idots
19169 @end ignore
19170 @kindex I k P
19171 @ignore
19172 @mindex @null
19173 @end ignore
19174 @tindex ltpp
19175 The @samp{utpp(n,x)} function uses a Poisson distribution with
19176 mean @expr{x}.  It is the probability that @expr{n} or more such
19177 Poisson random events will occur.
19179 @kindex k T
19180 @pindex calc-ltpt
19181 @tindex utpt
19182 @ignore
19183 @mindex @idots
19184 @end ignore
19185 @kindex I k T
19186 @ignore
19187 @mindex @null
19188 @end ignore
19189 @tindex ltpt
19190 The @samp{utpt(t,v)} function uses the Student's ``t'' distribution
19191 with 
19192 @texline @math{\nu}
19193 @infoline @expr{v} 
19194 degrees of freedom.  It is the probability that a
19195 t-distributed random variable will be greater than @expr{t}.
19196 (Note:  This computes the distribution function 
19197 @texline @math{A(t|\nu)}
19198 @infoline @expr{A(t|v)}
19199 where 
19200 @texline @math{A(0|\nu) = 1}
19201 @infoline @expr{A(0|v) = 1} 
19202 and 
19203 @texline @math{A(\infty|\nu) \to 0}.
19204 @infoline @expr{A(inf|v) -> 0}.  
19205 The @code{UTPT} operation on the HP-48 uses a different definition which
19206 returns half of Calc's value:  @samp{UTPT(t,v) = .5*utpt(t,v)}.)
19208 While Calc does not provide inverses of the probability distribution
19209 functions, the @kbd{a R} command can be used to solve for the inverse.
19210 Since the distribution functions are monotonic, @kbd{a R} is guaranteed
19211 to be able to find a solution given any initial guess.
19212 @xref{Numerical Solutions}.
19214 @node Matrix Functions, Algebra, Scientific Functions, Top
19215 @chapter Vector/Matrix Functions
19217 @noindent
19218 Many of the commands described here begin with the @kbd{v} prefix.
19219 (For convenience, the shift-@kbd{V} prefix is equivalent to @kbd{v}.)
19220 The commands usually apply to both plain vectors and matrices; some
19221 apply only to matrices or only to square matrices.  If the argument
19222 has the wrong dimensions the operation is left in symbolic form.
19224 Vectors are entered and displayed using @samp{[a,b,c]} notation.
19225 Matrices are vectors of which all elements are vectors of equal length.
19226 (Though none of the standard Calc commands use this concept, a
19227 three-dimensional matrix or rank-3 tensor could be defined as a
19228 vector of matrices, and so on.)
19230 @menu
19231 * Packing and Unpacking::
19232 * Building Vectors::
19233 * Extracting Elements::
19234 * Manipulating Vectors::
19235 * Vector and Matrix Arithmetic::
19236 * Set Operations::
19237 * Statistical Operations::
19238 * Reducing and Mapping::
19239 * Vector and Matrix Formats::
19240 @end menu
19242 @node Packing and Unpacking, Building Vectors, Matrix Functions, Matrix Functions
19243 @section Packing and Unpacking
19245 @noindent
19246 Calc's ``pack'' and ``unpack'' commands collect stack entries to build
19247 composite objects such as vectors and complex numbers.  They are
19248 described in this chapter because they are most often used to build
19249 vectors.
19251 @kindex v p
19252 @pindex calc-pack
19253 The @kbd{v p} (@code{calc-pack}) [@code{pack}] command collects several
19254 elements from the stack into a matrix, complex number, HMS form, error
19255 form, etc.  It uses a numeric prefix argument to specify the kind of
19256 object to be built; this argument is referred to as the ``packing mode.''
19257 If the packing mode is a nonnegative integer, a vector of that
19258 length is created.  For example, @kbd{C-u 5 v p} will pop the top
19259 five stack elements and push back a single vector of those five
19260 elements.  (@kbd{C-u 0 v p} simply creates an empty vector.)
19262 The same effect can be had by pressing @kbd{[} to push an incomplete
19263 vector on the stack, using @key{TAB} (@code{calc-roll-down}) to sneak
19264 the incomplete object up past a certain number of elements, and
19265 then pressing @kbd{]} to complete the vector.
19267 Negative packing modes create other kinds of composite objects:
19269 @table @cite
19270 @item -1
19271 Two values are collected to build a complex number.  For example,
19272 @kbd{5 @key{RET} 7 C-u -1 v p} creates the complex number
19273 @expr{(5, 7)}.  The result is always a rectangular complex
19274 number.  The two input values must both be real numbers,
19275 i.e., integers, fractions, or floats.  If they are not, Calc
19276 will instead build a formula like @samp{a + (0, 1) b}.  (The
19277 other packing modes also create a symbolic answer if the
19278 components are not suitable.)
19280 @item -2
19281 Two values are collected to build a polar complex number.
19282 The first is the magnitude; the second is the phase expressed
19283 in either degrees or radians according to the current angular
19284 mode.
19286 @item -3
19287 Three values are collected into an HMS form.  The first
19288 two values (hours and minutes) must be integers or
19289 integer-valued floats.  The third value may be any real
19290 number.
19292 @item -4
19293 Two values are collected into an error form.  The inputs
19294 may be real numbers or formulas.
19296 @item -5
19297 Two values are collected into a modulo form.  The inputs
19298 must be real numbers.
19300 @item -6
19301 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b]}.
19302 The inputs may be real numbers, HMS or date forms, or formulas.
19304 @item -7
19305 Two values are collected into the interval @samp{[a .. b)}.
19307 @item -8
19308 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b]}.
19310 @item -9
19311 Two values are collected into the interval @samp{(a .. b)}.
19313 @item -10
19314 Two integer values are collected into a fraction.
19316 @item -11
19317 Two values are collected into a floating-point number.
19318 The first is the mantissa; the second, which must be an
19319 integer, is the exponent.  The result is the mantissa
19320 times ten to the power of the exponent.
19322 @item -12
19323 This is treated the same as @mathit{-11} by the @kbd{v p} command.
19324 When unpacking, @mathit{-12} specifies that a floating-point mantissa
19325 is desired.
19327 @item -13
19328 A real number is converted into a date form.
19330 @item -14
19331 Three numbers (year, month, day) are packed into a pure date form.
19333 @item -15
19334 Six numbers are packed into a date/time form.
19335 @end table
19337 With any of the two-input negative packing modes, either or both
19338 of the inputs may be vectors.  If both are vectors of the same
19339 length, the result is another vector made by packing corresponding
19340 elements of the input vectors.  If one input is a vector and the
19341 other is a plain number, the number is packed along with each vector
19342 element to produce a new vector.  For example, @kbd{C-u -4 v p}
19343 could be used to convert a vector of numbers and a vector of errors
19344 into a single vector of error forms; @kbd{C-u -5 v p} could convert
19345 a vector of numbers and a single number @var{M} into a vector of
19346 numbers modulo @var{M}.
19348 If you don't give a prefix argument to @kbd{v p}, it takes
19349 the packing mode from the top of the stack.  The elements to
19350 be packed then begin at stack level 2.  Thus
19351 @kbd{1 @key{RET} 2 @key{RET} 4 n v p} is another way to
19352 enter the error form @samp{1 +/- 2}.
19354 If the packing mode taken from the stack is a vector, the result is a
19355 matrix with the dimensions specified by the elements of the vector,
19356 which must each be integers.  For example, if the packing mode is
19357 @samp{[2, 3]}, then six numbers will be taken from the stack and
19358 returned in the form @samp{[@w{[a, b, c]}, [d, e, f]]}.
19360 If any elements of the vector are negative, other kinds of
19361 packing are done at that level as described above.  For
19362 example, @samp{[2, 3, -4]} takes 12 objects and creates a
19363 @texline @math{2\times3}
19364 @infoline 2x3
19365 matrix of error forms: @samp{[[a +/- b, c +/- d ... ]]}.
19366 Also, @samp{[-4, -10]} will convert four integers into an
19367 error form consisting of two fractions:  @samp{a:b +/- c:d}.
19369 @ignore
19370 @starindex
19371 @end ignore
19372 @tindex pack
19373 There is an equivalent algebraic function,
19374 @samp{pack(@var{mode}, @var{items})} where @var{mode} is a
19375 packing mode (an integer or a vector of integers) and @var{items}
19376 is a vector of objects to be packed (re-packed, really) according
19377 to that mode.  For example, @samp{pack([3, -4], [a,b,c,d,e,f])}
19378 yields @samp{[a +/- b, @w{c +/- d}, e +/- f]}.  The function is
19379 left in symbolic form if the packing mode is invalid, or if the
19380 number of data items does not match the number of items required
19381 by the mode.
19383 @kindex v u
19384 @pindex calc-unpack
19385 The @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) command takes the vector, complex
19386 number, HMS form, or other composite object on the top of the stack and
19387 ``unpacks'' it, pushing each of its elements onto the stack as separate
19388 objects.  Thus, it is the ``inverse'' of @kbd{v p}.  If the value
19389 at the top of the stack is a formula, @kbd{v u} unpacks it by pushing
19390 each of the arguments of the top-level operator onto the stack.
19392 You can optionally give a numeric prefix argument to @kbd{v u}
19393 to specify an explicit (un)packing mode.  If the packing mode is
19394 negative and the input is actually a vector or matrix, the result
19395 will be two or more similar vectors or matrices of the elements.
19396 For example, given the vector @samp{[@w{a +/- b}, c^2, d +/- 7]},
19397 the result of @kbd{C-u -4 v u} will be the two vectors
19398 @samp{[a, c^2, d]} and @w{@samp{[b, 0, 7]}}.
19400 Note that the prefix argument can have an effect even when the input is
19401 not a vector.  For example, if the input is the number @mathit{-5}, then
19402 @kbd{c-u -1 v u} yields @mathit{-5} and 0 (the components of @mathit{-5}
19403 when viewed as a rectangular complex number); @kbd{C-u -2 v u} yields 5
19404 and 180 (assuming Degrees mode); and @kbd{C-u -10 v u} yields @mathit{-5}
19405 and 1 (the numerator and denominator of @mathit{-5}, viewed as a rational
19406 number).  Plain @kbd{v u} with this input would complain that the input
19407 is not a composite object.
19409 Unpacking mode @mathit{-11} converts a float into an integer mantissa and
19410 an integer exponent, where the mantissa is not divisible by 10
19411 (except that 0.0 is represented by a mantissa and exponent of 0).
19412 Unpacking mode @mathit{-12} converts a float into a floating-point mantissa
19413 and integer exponent, where the mantissa (for non-zero numbers)
19414 is guaranteed to lie in the range [1 .. 10).  In both cases,
19415 the mantissa is shifted left or right (and the exponent adjusted
19416 to compensate) in order to satisfy these constraints.
19418 Positive unpacking modes are treated differently than for @kbd{v p}.
19419 A mode of 1 is much like plain @kbd{v u} with no prefix argument,
19420 except that in addition to the components of the input object,
19421 a suitable packing mode to re-pack the object is also pushed.
19422 Thus, @kbd{C-u 1 v u} followed by @kbd{v p} will re-build the
19423 original object.
19425 A mode of 2 unpacks two levels of the object; the resulting
19426 re-packing mode will be a vector of length 2.  This might be used
19427 to unpack a matrix, say, or a vector of error forms.  Higher
19428 unpacking modes unpack the input even more deeply.
19430 @ignore
19431 @starindex
19432 @end ignore
19433 @tindex unpack
19434 There are two algebraic functions analogous to @kbd{v u}.
19435 The @samp{unpack(@var{mode}, @var{item})} function unpacks the
19436 @var{item} using the given @var{mode}, returning the result as
19437 a vector of components.  Here the @var{mode} must be an
19438 integer, not a vector.  For example, @samp{unpack(-4, a +/- b)}
19439 returns @samp{[a, b]}, as does @samp{unpack(1, a +/- b)}.
19441 @ignore
19442 @starindex
19443 @end ignore
19444 @tindex unpackt
19445 The @code{unpackt} function is like @code{unpack} but instead
19446 of returning a simple vector of items, it returns a vector of
19447 two things:  The mode, and the vector of items.  For example,
19448 @samp{unpackt(1, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[-4, [2:3, 1:4]]},
19449 and @samp{unpackt(2, 2:3 +/- 1:4)} returns @samp{[[-4, -10], [2, 3, 1, 4]]}.
19450 The identity for re-building the original object is
19451 @samp{apply(pack, unpackt(@var{n}, @var{x})) = @var{x}}.  (The
19452 @code{apply} function builds a function call given the function
19453 name and a vector of arguments.)
19455 @cindex Numerator of a fraction, extracting
19456 Subscript notation is a useful way to extract a particular part
19457 of an object.  For example, to get the numerator of a rational
19458 number, you can use @samp{unpack(-10, @var{x})_1}.
19460 @node Building Vectors, Extracting Elements, Packing and Unpacking, Matrix Functions
19461 @section Building Vectors
19463 @noindent
19464 Vectors and matrices can be added,
19465 subtracted, multiplied, and divided; @pxref{Basic Arithmetic}.
19467 @kindex |
19468 @pindex calc-concat
19469 @ignore
19470 @mindex @null
19471 @end ignore
19472 @tindex |
19473 The @kbd{|} (@code{calc-concat}) [@code{vconcat}] command ``concatenates'' two vectors
19474 into one.  For example, after @kbd{@w{[ 1 , 2 ]} [ 3 , 4 ] |}, the stack
19475 will contain the single vector @samp{[1, 2, 3, 4]}.  If the arguments
19476 are matrices, the rows of the first matrix are concatenated with the
19477 rows of the second.  (In other words, two matrices are just two vectors
19478 of row-vectors as far as @kbd{|} is concerned.)
19480 If either argument to @kbd{|} is a scalar (a non-vector), it is treated
19481 like a one-element vector for purposes of concatenation:  @kbd{1 [ 2 , 3 ] |}
19482 produces the vector @samp{[1, 2, 3]}.  Likewise, if one argument is a
19483 matrix and the other is a plain vector, the vector is treated as a
19484 one-row matrix.
19486 @kindex H |
19487 @tindex append
19488 The @kbd{H |} (@code{calc-append}) [@code{append}] command concatenates
19489 two vectors without any special cases.  Both inputs must be vectors.
19490 Whether or not they are matrices is not taken into account.  If either
19491 argument is a scalar, the @code{append} function is left in symbolic form.
19492 See also @code{cons} and @code{rcons} below.
19494 @kindex I |
19495 @kindex H I |
19496 The @kbd{I |} and @kbd{H I |} commands are similar, but they use their
19497 two stack arguments in the opposite order.  Thus @kbd{I |} is equivalent
19498 to @kbd{@key{TAB} |}, but possibly more convenient and also a bit faster.
19500 @kindex v d
19501 @pindex calc-diag
19502 @tindex diag
19503 The @kbd{v d} (@code{calc-diag}) [@code{diag}] function builds a diagonal
19504 square matrix.  The optional numeric prefix gives the number of rows
19505 and columns in the matrix.  If the value at the top of the stack is a
19506 vector, the elements of the vector are used as the diagonal elements; the
19507 prefix, if specified, must match the size of the vector.  If the value on
19508 the stack is a scalar, it is used for each element on the diagonal, and
19509 the prefix argument is required.
19511 To build a constant square matrix, e.g., a 
19512 @texline @math{3\times3}
19513 @infoline 3x3
19514 matrix filled with ones, use @kbd{0 M-3 v d 1 +}, i.e., build a zero
19515 matrix first and then add a constant value to that matrix.  (Another
19516 alternative would be to use @kbd{v b} and @kbd{v a}; see below.)
19518 @kindex v i
19519 @pindex calc-ident
19520 @tindex idn
19521 The @kbd{v i} (@code{calc-ident}) [@code{idn}] function builds an identity
19522 matrix of the specified size.  It is a convenient form of @kbd{v d}
19523 where the diagonal element is always one.  If no prefix argument is given,
19524 this command prompts for one.
19526 In algebraic notation, @samp{idn(a,n)} acts much like @samp{diag(a,n)},
19527 except that @expr{a} is required to be a scalar (non-vector) quantity.
19528 If @expr{n} is omitted, @samp{idn(a)} represents @expr{a} times an
19529 identity matrix of unknown size.  Calc can operate algebraically on
19530 such generic identity matrices, and if one is combined with a matrix
19531 whose size is known, it is converted automatically to an identity
19532 matrix of a suitable matching size.  The @kbd{v i} command with an
19533 argument of zero creates a generic identity matrix, @samp{idn(1)}.
19534 Note that in dimensioned Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), generic
19535 identity matrices are immediately expanded to the current default
19536 dimensions.
19538 @kindex v x
19539 @pindex calc-index
19540 @tindex index
19541 The @kbd{v x} (@code{calc-index}) [@code{index}] function builds a vector
19542 of consecutive integers from 1 to @var{n}, where @var{n} is the numeric
19543 prefix argument.  If you do not provide a prefix argument, you will be
19544 prompted to enter a suitable number.  If @var{n} is negative, the result
19545 is a vector of negative integers from @var{n} to @mathit{-1}.
19547 With a prefix argument of just @kbd{C-u}, the @kbd{v x} command takes
19548 three values from the stack: @var{n}, @var{start}, and @var{incr} (with
19549 @var{incr} at top-of-stack).  Counting starts at @var{start} and increases
19550 by @var{incr} for successive vector elements.  If @var{start} or @var{n}
19551 is in floating-point format, the resulting vector elements will also be
19552 floats.  Note that @var{start} and @var{incr} may in fact be any kind
19553 of numbers or formulas.
19555 When @var{start} and @var{incr} are specified, a negative @var{n} has a
19556 different interpretation:  It causes a geometric instead of arithmetic
19557 sequence to be generated.  For example, @samp{index(-3, a, b)} produces
19558 @samp{[a, a b, a b^2]}.  If you omit @var{incr} in the algebraic form,
19559 @samp{index(@var{n}, @var{start})}, the default value for @var{incr}
19560 is one for positive @var{n} or two for negative @var{n}.
19562 @kindex v b
19563 @pindex calc-build-vector
19564 @tindex cvec
19565 The @kbd{v b} (@code{calc-build-vector}) [@code{cvec}] function builds a
19566 vector of @var{n} copies of the value on the top of the stack, where @var{n}
19567 is the numeric prefix argument.  In algebraic formulas, @samp{cvec(x,n,m)}
19568 can also be used to build an @var{n}-by-@var{m} matrix of copies of @var{x}.
19569 (Interactively, just use @kbd{v b} twice: once to build a row, then again
19570 to build a matrix of copies of that row.)
19572 @kindex v h
19573 @kindex I v h
19574 @pindex calc-head
19575 @pindex calc-tail
19576 @tindex head
19577 @tindex tail
19578 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) [@code{head}] function returns the first
19579 element of a vector.  The @kbd{I v h} (@code{calc-tail}) [@code{tail}]
19580 function returns the vector with its first element removed.  In both
19581 cases, the argument must be a non-empty vector.
19583 @kindex v k
19584 @pindex calc-cons
19585 @tindex cons
19586 The @kbd{v k} (@code{calc-cons}) [@code{cons}] function takes a value @var{h}
19587 and a vector @var{t} from the stack, and produces the vector whose head is
19588 @var{h} and whose tail is @var{t}.  This is similar to @kbd{|}, except
19589 if @var{h} is itself a vector, @kbd{|} will concatenate the two vectors
19590 whereas @code{cons} will insert @var{h} at the front of the vector @var{t}.
19592 @kindex H v h
19593 @tindex rhead
19594 @ignore
19595 @mindex @idots
19596 @end ignore
19597 @kindex H I v h
19598 @ignore
19599 @mindex @null
19600 @end ignore
19601 @kindex H v k
19602 @ignore
19603 @mindex @null
19604 @end ignore
19605 @tindex rtail
19606 @ignore
19607 @mindex @null
19608 @end ignore
19609 @tindex rcons
19610 Each of these three functions also accepts the Hyperbolic flag [@code{rhead},
19611 @code{rtail}, @code{rcons}] in which case @var{t} instead represents
19612 the @emph{last} single element of the vector, with @var{h}
19613 representing the remainder of the vector.  Thus the vector
19614 @samp{[a, b, c, d] = cons(a, [b, c, d]) = rcons([a, b, c], d)}.
19615 Also, @samp{head([a, b, c, d]) = a}, @samp{tail([a, b, c, d]) = [b, c, d]},
19616 @samp{rhead([a, b, c, d]) = [a, b, c]}, and @samp{rtail([a, b, c, d]) = d}.
19618 @node Extracting Elements, Manipulating Vectors, Building Vectors, Matrix Functions
19619 @section Extracting Vector Elements
19621 @noindent
19622 @kindex v r
19623 @pindex calc-mrow
19624 @tindex mrow
19625 The @kbd{v r} (@code{calc-mrow}) [@code{mrow}] command extracts one row of
19626 the matrix on the top of the stack, or one element of the plain vector on
19627 the top of the stack.  The row or element is specified by the numeric
19628 prefix argument; the default is to prompt for the row or element number.
19629 The matrix or vector is replaced by the specified row or element in the
19630 form of a vector or scalar, respectively.
19632 @cindex Permutations, applying
19633 With a prefix argument of @kbd{C-u} only, @kbd{v r} takes the index of
19634 the element or row from the top of the stack, and the vector or matrix
19635 from the second-to-top position.  If the index is itself a vector of
19636 integers, the result is a vector of the corresponding elements of the
19637 input vector, or a matrix of the corresponding rows of the input matrix.
19638 This command can be used to obtain any permutation of a vector.
19640 With @kbd{C-u}, if the index is an interval form with integer components,
19641 it is interpreted as a range of indices and the corresponding subvector or
19642 submatrix is returned.
19644 @cindex Subscript notation
19645 @kindex a _
19646 @pindex calc-subscript
19647 @tindex subscr
19648 @tindex _
19649 Subscript notation in algebraic formulas (@samp{a_b}) stands for the
19650 Calc function @code{subscr}, which is synonymous with @code{mrow}.
19651 Thus, @samp{[x, y, z]_k} produces @expr{x}, @expr{y}, or @expr{z} if
19652 @expr{k} is one, two, or three, respectively.  A double subscript
19653 (@samp{M_i_j}, equivalent to @samp{subscr(subscr(M, i), j)}) will
19654 access the element at row @expr{i}, column @expr{j} of a matrix.
19655 The @kbd{a _} (@code{calc-subscript}) command creates a subscript
19656 formula @samp{a_b} out of two stack entries.  (It is on the @kbd{a}
19657 ``algebra'' prefix because subscripted variables are often used
19658 purely as an algebraic notation.)
19660 @tindex mrrow
19661 Given a negative prefix argument, @kbd{v r} instead deletes one row or
19662 element from the matrix or vector on the top of the stack.  Thus
19663 @kbd{C-u 2 v r} replaces a matrix with its second row, but @kbd{C-u -2 v r}
19664 replaces the matrix with the same matrix with its second row removed.
19665 In algebraic form this function is called @code{mrrow}.
19667 @tindex getdiag
19668 Given a prefix argument of zero, @kbd{v r} extracts the diagonal elements
19669 of a square matrix in the form of a vector.  In algebraic form this
19670 function is called @code{getdiag}.
19672 @kindex v c
19673 @pindex calc-mcol
19674 @tindex mcol
19675 @tindex mrcol
19676 The @kbd{v c} (@code{calc-mcol}) [@code{mcol} or @code{mrcol}] command is
19677 the analogous operation on columns of a matrix.  Given a plain vector
19678 it extracts (or removes) one element, just like @kbd{v r}.  If the
19679 index in @kbd{C-u v c} is an interval or vector and the argument is a
19680 matrix, the result is a submatrix with only the specified columns
19681 retained (and possibly permuted in the case of a vector index).
19683 To extract a matrix element at a given row and column, use @kbd{v r} to
19684 extract the row as a vector, then @kbd{v c} to extract the column element
19685 from that vector.  In algebraic formulas, it is often more convenient to
19686 use subscript notation:  @samp{m_i_j} gives row @expr{i}, column @expr{j}
19687 of matrix @expr{m}.
19689 @kindex v s
19690 @pindex calc-subvector
19691 @tindex subvec
19692 The @kbd{v s} (@code{calc-subvector}) [@code{subvec}] command extracts
19693 a subvector of a vector.  The arguments are the vector, the starting
19694 index, and the ending index, with the ending index in the top-of-stack
19695 position.  The starting index indicates the first element of the vector
19696 to take.  The ending index indicates the first element @emph{past} the
19697 range to be taken.  Thus, @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, 4)} produces
19698 the subvector @samp{[b, c]}.  You could get the same result using
19699 @samp{mrow([a, b, c, d, e], @w{[2 .. 4)})}.
19701 If either the start or the end index is zero or negative, it is
19702 interpreted as relative to the end of the vector.  Thus
19703 @samp{subvec([a, b, c, d, e], 2, -2)} also produces @samp{[b, c]}.  In
19704 the algebraic form, the end index can be omitted in which case it
19705 is taken as zero, i.e., elements from the starting element to the
19706 end of the vector are used.  The infinity symbol, @code{inf}, also
19707 has this effect when used as the ending index.
19709 @kindex I v s
19710 @tindex rsubvec
19711 With the Inverse flag, @kbd{I v s} [@code{rsubvec}] removes a subvector
19712 from a vector.  The arguments are interpreted the same as for the
19713 normal @kbd{v s} command.  Thus, @samp{rsubvec([a, b, c, d, e], 2, 4)}
19714 produces @samp{[a, d, e]}.  It is always true that @code{subvec} and
19715 @code{rsubvec} return complementary parts of the input vector.
19717 @xref{Selecting Subformulas}, for an alternative way to operate on
19718 vectors one element at a time.
19720 @node Manipulating Vectors, Vector and Matrix Arithmetic, Extracting Elements, Matrix Functions
19721 @section Manipulating Vectors
19723 @noindent
19724 @kindex v l
19725 @pindex calc-vlength
19726 @tindex vlen
19727 The @kbd{v l} (@code{calc-vlength}) [@code{vlen}] command computes the
19728 length of a vector.  The length of a non-vector is considered to be zero.
19729 Note that matrices are just vectors of vectors for the purposes of this
19730 command.
19732 @kindex H v l
19733 @tindex mdims
19734 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v l} [@code{mdims}] computes a vector
19735 of the dimensions of a vector, matrix, or higher-order object.  For
19736 example, @samp{mdims([[a,b,c],[d,e,f]])} returns @samp{[2, 3]} since
19737 its argument is a 
19738 @texline @math{2\times3}
19739 @infoline 2x3
19740 matrix.
19742 @kindex v f
19743 @pindex calc-vector-find
19744 @tindex find
19745 The @kbd{v f} (@code{calc-vector-find}) [@code{find}] command searches
19746 along a vector for the first element equal to a given target.  The target
19747 is on the top of the stack; the vector is in the second-to-top position.
19748 If a match is found, the result is the index of the matching element.
19749 Otherwise, the result is zero.  The numeric prefix argument, if given,
19750 allows you to select any starting index for the search.
19752 @kindex v a
19753 @pindex calc-arrange-vector
19754 @tindex arrange
19755 @cindex Arranging a matrix
19756 @cindex Reshaping a matrix
19757 @cindex Flattening a matrix
19758 The @kbd{v a} (@code{calc-arrange-vector}) [@code{arrange}] command
19759 rearranges a vector to have a certain number of columns and rows.  The
19760 numeric prefix argument specifies the number of columns; if you do not
19761 provide an argument, you will be prompted for the number of columns.
19762 The vector or matrix on the top of the stack is @dfn{flattened} into a
19763 plain vector.  If the number of columns is nonzero, this vector is
19764 then formed into a matrix by taking successive groups of @var{n} elements.
19765 If the number of columns does not evenly divide the number of elements
19766 in the vector, the last row will be short and the result will not be
19767 suitable for use as a matrix.  For example, with the matrix
19768 @samp{[[1, 2], @w{[3, 4]}]} on the stack, @kbd{v a 4} produces
19769 @samp{[[1, 2, 3, 4]]} (a 
19770 @texline @math{1\times4}
19771 @infoline 1x4
19772 matrix), @kbd{v a 1} produces @samp{[[1], [2], [3], [4]]} (a 
19773 @texline @math{4\times1}
19774 @infoline 4x1
19775 matrix), @kbd{v a 2} produces @samp{[[1, 2], [3, 4]]} (the original 
19776 @texline @math{2\times2}
19777 @infoline 2x2
19778 matrix), @w{@kbd{v a 3}} produces @samp{[[1, 2, 3], [4]]} (not a
19779 matrix), and @kbd{v a 0} produces the flattened list 
19780 @samp{[1, 2, @w{3, 4}]}.
19782 @cindex Sorting data
19783 @kindex V S
19784 @kindex I V S
19785 @pindex calc-sort
19786 @tindex sort
19787 @tindex rsort
19788 The @kbd{V S} (@code{calc-sort}) [@code{sort}] command sorts the elements of
19789 a vector into increasing order.  Real numbers, real infinities, and
19790 constant interval forms come first in this ordering; next come other
19791 kinds of numbers, then variables (in alphabetical order), then finally
19792 come formulas and other kinds of objects; these are sorted according
19793 to a kind of lexicographic ordering with the useful property that
19794 one vector is less or greater than another if the first corresponding
19795 unequal elements are less or greater, respectively.  Since quoted strings
19796 are stored by Calc internally as vectors of ASCII character codes
19797 (@pxref{Strings}), this means vectors of strings are also sorted into
19798 alphabetical order by this command.
19800 The @kbd{I V S} [@code{rsort}] command sorts a vector into decreasing order.
19802 @cindex Permutation, inverse of
19803 @cindex Inverse of permutation
19804 @cindex Index tables
19805 @cindex Rank tables
19806 @kindex V G
19807 @kindex I V G
19808 @pindex calc-grade
19809 @tindex grade
19810 @tindex rgrade
19811 The @kbd{V G} (@code{calc-grade}) [@code{grade}, @code{rgrade}] command
19812 produces an index table or permutation vector which, if applied to the
19813 input vector (as the index of @kbd{C-u v r}, say), would sort the vector.
19814 A permutation vector is just a vector of integers from 1 to @var{n}, where
19815 each integer occurs exactly once.  One application of this is to sort a
19816 matrix of data rows using one column as the sort key; extract that column,
19817 grade it with @kbd{V G}, then use the result to reorder the original matrix
19818 with @kbd{C-u v r}.  Another interesting property of the @code{V G} command
19819 is that, if the input is itself a permutation vector, the result will
19820 be the inverse of the permutation.  The inverse of an index table is
19821 a rank table, whose @var{k}th element says where the @var{k}th original
19822 vector element will rest when the vector is sorted.  To get a rank
19823 table, just use @kbd{V G V G}.
19825 With the Inverse flag, @kbd{I V G} produces an index table that would
19826 sort the input into decreasing order.  Note that @kbd{V S} and @kbd{V G}
19827 use a ``stable'' sorting algorithm, i.e., any two elements which are equal
19828 will not be moved out of their original order.  Generally there is no way
19829 to tell with @kbd{V S}, since two elements which are equal look the same,
19830 but with @kbd{V G} this can be an important issue.  In the matrix-of-rows
19831 example, suppose you have names and telephone numbers as two columns and
19832 you wish to sort by phone number primarily, and by name when the numbers
19833 are equal.  You can sort the data matrix by names first, and then again
19834 by phone numbers.  Because the sort is stable, any two rows with equal
19835 phone numbers will remain sorted by name even after the second sort.
19837 @cindex Histograms
19838 @kindex V H
19839 @pindex calc-histogram
19840 @ignore
19841 @mindex histo@idots
19842 @end ignore
19843 @tindex histogram
19844 The @kbd{V H} (@code{calc-histogram}) [@code{histogram}] command builds a
19845 histogram of a vector of numbers.  Vector elements are assumed to be
19846 integers or real numbers in the range [0..@var{n}) for some ``number of
19847 bins'' @var{n}, which is the numeric prefix argument given to the
19848 command.  The result is a vector of @var{n} counts of how many times
19849 each value appeared in the original vector.  Non-integers in the input
19850 are rounded down to integers.  Any vector elements outside the specified
19851 range are ignored.  (You can tell if elements have been ignored by noting
19852 that the counts in the result vector don't add up to the length of the
19853 input vector.)
19855 @kindex H V H
19856 With the Hyperbolic flag, @kbd{H V H} pulls two vectors from the stack.
19857 The second-to-top vector is the list of numbers as before.  The top
19858 vector is an equal-sized list of ``weights'' to attach to the elements
19859 of the data vector.  For example, if the first data element is 4.2 and
19860 the first weight is 10, then 10 will be added to bin 4 of the result
19861 vector.  Without the hyperbolic flag, every element has a weight of one.
19863 @kindex v t
19864 @pindex calc-transpose
19865 @tindex trn
19866 The @kbd{v t} (@code{calc-transpose}) [@code{trn}] command computes
19867 the transpose of the matrix at the top of the stack.  If the argument
19868 is a plain vector, it is treated as a row vector and transposed into
19869 a one-column matrix.
19871 @kindex v v
19872 @pindex calc-reverse-vector
19873 @tindex rev
19874 The @kbd{v v} (@code{calc-reverse-vector}) [@code{rev}] command reverses
19875 a vector end-for-end.  Given a matrix, it reverses the order of the rows.
19876 (To reverse the columns instead, just use @kbd{v t v v v t}.  The same
19877 principle can be used to apply other vector commands to the columns of
19878 a matrix.)
19880 @kindex v m
19881 @pindex calc-mask-vector
19882 @tindex vmask
19883 The @kbd{v m} (@code{calc-mask-vector}) [@code{vmask}] command uses
19884 one vector as a mask to extract elements of another vector.  The mask
19885 is in the second-to-top position; the target vector is on the top of
19886 the stack.  These vectors must have the same length.  The result is
19887 the same as the target vector, but with all elements which correspond
19888 to zeros in the mask vector deleted.  Thus, for example,
19889 @samp{vmask([1, 0, 1, 0, 1], [a, b, c, d, e])} produces @samp{[a, c, e]}.
19890 @xref{Logical Operations}.
19892 @kindex v e
19893 @pindex calc-expand-vector
19894 @tindex vexp
19895 The @kbd{v e} (@code{calc-expand-vector}) [@code{vexp}] command
19896 expands a vector according to another mask vector.  The result is a
19897 vector the same length as the mask, but with nonzero elements replaced
19898 by successive elements from the target vector.  The length of the target
19899 vector is normally the number of nonzero elements in the mask.  If the
19900 target vector is longer, its last few elements are lost.  If the target
19901 vector is shorter, the last few nonzero mask elements are left
19902 unreplaced in the result.  Thus @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b])}
19903 produces @samp{[a, 0, b, 0, 7]}.
19905 @kindex H v e
19906 With the Hyperbolic flag, @kbd{H v e} takes a filler value from the
19907 top of the stack; the mask and target vectors come from the third and
19908 second elements of the stack.  This filler is used where the mask is
19909 zero:  @samp{vexp([2, 0, 3, 0, 7], [a, b], z)} produces
19910 @samp{[a, z, c, z, 7]}.  If the filler value is itself a vector,
19911 then successive values are taken from it, so that the effect is to
19912 interleave two vectors according to the mask:
19913 @samp{vexp([2, 0, 3, 7, 0, 0], [a, b], [x, y])} produces
19914 @samp{[a, x, b, 7, y, 0]}.
19916 Another variation on the masking idea is to combine @samp{[a, b, c, d, e]}
19917 with the mask @samp{[1, 0, 1, 0, 1]} to produce @samp{[a, 0, c, 0, e]}.
19918 You can accomplish this with @kbd{V M a &}, mapping the logical ``and''
19919 operation across the two vectors.  @xref{Logical Operations}.  Note that
19920 the @code{? :} operation also discussed there allows other types of
19921 masking using vectors.
19923 @node Vector and Matrix Arithmetic, Set Operations, Manipulating Vectors, Matrix Functions
19924 @section Vector and Matrix Arithmetic
19926 @noindent
19927 Basic arithmetic operations like addition and multiplication are defined
19928 for vectors and matrices as well as for numbers.  Division of matrices, in
19929 the sense of multiplying by the inverse, is supported.  (Division by a
19930 matrix actually uses LU-decomposition for greater accuracy and speed.)
19931 @xref{Basic Arithmetic}.
19933 The following functions are applied element-wise if their arguments are
19934 vectors or matrices: @code{change-sign}, @code{conj}, @code{arg},
19935 @code{re}, @code{im}, @code{polar}, @code{rect}, @code{clean},
19936 @code{float}, @code{frac}.  @xref{Function Index}.
19938 @kindex V J
19939 @pindex calc-conj-transpose
19940 @tindex ctrn
19941 The @kbd{V J} (@code{calc-conj-transpose}) [@code{ctrn}] command computes
19942 the conjugate transpose of its argument, i.e., @samp{conj(trn(x))}.
19944 @ignore
19945 @mindex A
19946 @end ignore
19947 @kindex A (vectors)
19948 @pindex calc-abs (vectors)
19949 @ignore
19950 @mindex abs
19951 @end ignore
19952 @tindex abs (vectors)
19953 The @kbd{A} (@code{calc-abs}) [@code{abs}] command computes the
19954 Frobenius norm of a vector or matrix argument.  This is the square
19955 root of the sum of the squares of the absolute values of the
19956 elements of the vector or matrix.  If the vector is interpreted as
19957 a point in two- or three-dimensional space, this is the distance
19958 from that point to the origin.
19960 @kindex v n
19961 @pindex calc-rnorm
19962 @tindex rnorm
19963 The @kbd{v n} (@code{calc-rnorm}) [@code{rnorm}] command computes
19964 the row norm, or infinity-norm, of a vector or matrix.  For a plain
19965 vector, this is the maximum of the absolute values of the elements.
19966 For a matrix, this is the maximum of the row-absolute-value-sums,
19967 i.e., of the sums of the absolute values of the elements along the
19968 various rows.
19970 @kindex V N
19971 @pindex calc-cnorm
19972 @tindex cnorm
19973 The @kbd{V N} (@code{calc-cnorm}) [@code{cnorm}] command computes
19974 the column norm, or one-norm, of a vector or matrix.  For a plain
19975 vector, this is the sum of the absolute values of the elements.
19976 For a matrix, this is the maximum of the column-absolute-value-sums.
19977 General @expr{k}-norms for @expr{k} other than one or infinity are
19978 not provided.
19980 @kindex V C
19981 @pindex calc-cross
19982 @tindex cross
19983 The @kbd{V C} (@code{calc-cross}) [@code{cross}] command computes the
19984 right-handed cross product of two vectors, each of which must have
19985 exactly three elements.
19987 @ignore
19988 @mindex &
19989 @end ignore
19990 @kindex & (matrices)
19991 @pindex calc-inv (matrices)
19992 @ignore
19993 @mindex inv
19994 @end ignore
19995 @tindex inv (matrices)
19996 The @kbd{&} (@code{calc-inv}) [@code{inv}] command computes the
19997 inverse of a square matrix.  If the matrix is singular, the inverse
19998 operation is left in symbolic form.  Matrix inverses are recorded so
19999 that once an inverse (or determinant) of a particular matrix has been
20000 computed, the inverse and determinant of the matrix can be recomputed
20001 quickly in the future.
20003 If the argument to @kbd{&} is a plain number @expr{x}, this
20004 command simply computes @expr{1/x}.  This is okay, because the
20005 @samp{/} operator also does a matrix inversion when dividing one
20006 by a matrix.
20008 @kindex V D
20009 @pindex calc-mdet
20010 @tindex det
20011 The @kbd{V D} (@code{calc-mdet}) [@code{det}] command computes the
20012 determinant of a square matrix.
20014 @kindex V L
20015 @pindex calc-mlud
20016 @tindex lud
20017 The @kbd{V L} (@code{calc-mlud}) [@code{lud}] command computes the
20018 LU decomposition of a matrix.  The result is a list of three matrices
20019 which, when multiplied together left-to-right, form the original matrix.
20020 The first is a permutation matrix that arises from pivoting in the
20021 algorithm, the second is lower-triangular with ones on the diagonal,
20022 and the third is upper-triangular.
20024 @kindex V T
20025 @pindex calc-mtrace
20026 @tindex tr
20027 The @kbd{V T} (@code{calc-mtrace}) [@code{tr}] command computes the
20028 trace of a square matrix.  This is defined as the sum of the diagonal
20029 elements of the matrix.
20031 @node Set Operations, Statistical Operations, Vector and Matrix Arithmetic, Matrix Functions
20032 @section Set Operations using Vectors
20034 @noindent
20035 @cindex Sets, as vectors
20036 Calc includes several commands which interpret vectors as @dfn{sets} of
20037 objects.  A set is a collection of objects; any given object can appear
20038 only once in the set.  Calc stores sets as vectors of objects in
20039 sorted order.  Objects in a Calc set can be any of the usual things,
20040 such as numbers, variables, or formulas.  Two set elements are considered
20041 equal if they are identical, except that numerically equal numbers like
20042 the integer 4 and the float 4.0 are considered equal even though they
20043 are not ``identical.''  Variables are treated like plain symbols without
20044 attached values by the set operations; subtracting the set @samp{[b]}
20045 from @samp{[a, b]} always yields the set @samp{[a]} even though if
20046 the variables @samp{a} and @samp{b} both equaled 17, you might
20047 expect the answer @samp{[]}.
20049 If a set contains interval forms, then it is assumed to be a set of
20050 real numbers.  In this case, all set operations require the elements
20051 of the set to be only things that are allowed in intervals:  Real
20052 numbers, plus and minus infinity, HMS forms, and date forms.  If
20053 there are variables or other non-real objects present in a real set,
20054 all set operations on it will be left in unevaluated form.
20056 If the input to a set operation is a plain number or interval form
20057 @var{a}, it is treated like the one-element vector @samp{[@var{a}]}.
20058 The result is always a vector, except that if the set consists of a
20059 single interval, the interval itself is returned instead.
20061 @xref{Logical Operations}, for the @code{in} function which tests if
20062 a certain value is a member of a given set.  To test if the set @expr{A}
20063 is a subset of the set @expr{B}, use @samp{vdiff(A, B) = []}.
20065 @kindex V +
20066 @pindex calc-remove-duplicates
20067 @tindex rdup
20068 The @kbd{V +} (@code{calc-remove-duplicates}) [@code{rdup}] command
20069 converts an arbitrary vector into set notation.  It works by sorting
20070 the vector as if by @kbd{V S}, then removing duplicates.  (For example,
20071 @kbd{[a, 5, 4, a, 4.0]} is sorted to @samp{[4, 4.0, 5, a, a]} and then
20072 reduced to @samp{[4, 5, a]}).  Overlapping intervals are merged as
20073 necessary.  You rarely need to use @kbd{V +} explicitly, since all the
20074 other set-based commands apply @kbd{V +} to their inputs before using
20075 them.
20077 @kindex V V
20078 @pindex calc-set-union
20079 @tindex vunion
20080 The @kbd{V V} (@code{calc-set-union}) [@code{vunion}] command computes
20081 the union of two sets.  An object is in the union of two sets if and
20082 only if it is in either (or both) of the input sets.  (You could
20083 accomplish the same thing by concatenating the sets with @kbd{|},
20084 then using @kbd{V +}.)
20086 @kindex V ^
20087 @pindex calc-set-intersect
20088 @tindex vint
20089 The @kbd{V ^} (@code{calc-set-intersect}) [@code{vint}] command computes
20090 the intersection of two sets.  An object is in the intersection if
20091 and only if it is in both of the input sets.  Thus if the input
20092 sets are disjoint, i.e., if they share no common elements, the result
20093 will be the empty vector @samp{[]}.  Note that the characters @kbd{V}
20094 and @kbd{^} were chosen to be close to the conventional mathematical
20095 notation for set 
20096 @texline union@tie{}(@math{A \cup B})
20097 @infoline union
20098 and 
20099 @texline intersection@tie{}(@math{A \cap B}).
20100 @infoline intersection.
20102 @kindex V -
20103 @pindex calc-set-difference
20104 @tindex vdiff
20105 The @kbd{V -} (@code{calc-set-difference}) [@code{vdiff}] command computes
20106 the difference between two sets.  An object is in the difference
20107 @expr{A - B} if and only if it is in @expr{A} but not in @expr{B}.
20108 Thus subtracting @samp{[y,z]} from a set will remove the elements
20109 @samp{y} and @samp{z} if they are present.  You can also think of this
20110 as a general @dfn{set complement} operator; if @expr{A} is the set of
20111 all possible values, then @expr{A - B} is the ``complement'' of @expr{B}.
20112 Obviously this is only practical if the set of all possible values in
20113 your problem is small enough to list in a Calc vector (or simple
20114 enough to express in a few intervals).
20116 @kindex V X
20117 @pindex calc-set-xor
20118 @tindex vxor
20119 The @kbd{V X} (@code{calc-set-xor}) [@code{vxor}] command computes
20120 the ``exclusive-or,'' or ``symmetric difference'' of two sets.
20121 An object is in the symmetric difference of two sets if and only
20122 if it is in one, but @emph{not} both, of the sets.  Objects that
20123 occur in both sets ``cancel out.''
20125 @kindex V ~
20126 @pindex calc-set-complement
20127 @tindex vcompl
20128 The @kbd{V ~} (@code{calc-set-complement}) [@code{vcompl}] command
20129 computes the complement of a set with respect to the real numbers.
20130 Thus @samp{vcompl(x)} is equivalent to @samp{vdiff([-inf .. inf], x)}.
20131 For example, @samp{vcompl([2, (3 .. 4]])} evaluates to
20132 @samp{[[-inf .. 2), (2 .. 3], (4 .. inf]]}.
20134 @kindex V F
20135 @pindex calc-set-floor
20136 @tindex vfloor
20137 The @kbd{V F} (@code{calc-set-floor}) [@code{vfloor}] command
20138 reinterprets a set as a set of integers.  Any non-integer values,
20139 and intervals that do not enclose any integers, are removed.  Open
20140 intervals are converted to equivalent closed intervals.  Successive
20141 integers are converted into intervals of integers.  For example, the
20142 complement of the set @samp{[2, 6, 7, 8]} is messy, but if you wanted
20143 the complement with respect to the set of integers you could type
20144 @kbd{V ~ V F} to get @samp{[[-inf .. 1], [3 .. 5], [9 .. inf]]}.
20146 @kindex V E
20147 @pindex calc-set-enumerate
20148 @tindex venum
20149 The @kbd{V E} (@code{calc-set-enumerate}) [@code{venum}] command
20150 converts a set of integers into an explicit vector.  Intervals in
20151 the set are expanded out to lists of all integers encompassed by
20152 the intervals.  This only works for finite sets (i.e., sets which
20153 do not involve @samp{-inf} or @samp{inf}).
20155 @kindex V :
20156 @pindex calc-set-span
20157 @tindex vspan
20158 The @kbd{V :} (@code{calc-set-span}) [@code{vspan}] command converts any
20159 set of reals into an interval form that encompasses all its elements.
20160 The lower limit will be the smallest element in the set; the upper
20161 limit will be the largest element.  For an empty set, @samp{vspan([])}
20162 returns the empty interval @w{@samp{[0 .. 0)}}.
20164 @kindex V #
20165 @pindex calc-set-cardinality
20166 @tindex vcard
20167 The @kbd{V #} (@code{calc-set-cardinality}) [@code{vcard}] command counts
20168 the number of integers in a set.  The result is the length of the vector
20169 that would be produced by @kbd{V E}, although the computation is much
20170 more efficient than actually producing that vector.
20172 @cindex Sets, as binary numbers
20173 Another representation for sets that may be more appropriate in some
20174 cases is binary numbers.  If you are dealing with sets of integers
20175 in the range 0 to 49, you can use a 50-bit binary number where a
20176 particular bit is 1 if the corresponding element is in the set.
20177 @xref{Binary Functions}, for a list of commands that operate on
20178 binary numbers.  Note that many of the above set operations have
20179 direct equivalents in binary arithmetic:  @kbd{b o} (@code{calc-or}),
20180 @kbd{b a} (@code{calc-and}), @kbd{b d} (@code{calc-diff}),
20181 @kbd{b x} (@code{calc-xor}), and @kbd{b n} (@code{calc-not}),
20182 respectively.  You can use whatever representation for sets is most
20183 convenient to you.
20185 @kindex b p
20186 @kindex b u
20187 @pindex calc-pack-bits
20188 @pindex calc-unpack-bits
20189 @tindex vpack
20190 @tindex vunpack
20191 The @kbd{b u} (@code{calc-unpack-bits}) [@code{vunpack}] command
20192 converts an integer that represents a set in binary into a set
20193 in vector/interval notation.  For example, @samp{vunpack(67)}
20194 returns @samp{[[0 .. 1], 6]}.  If the input is negative, the set
20195 it represents is semi-infinite: @samp{vunpack(-4) = [2 .. inf)}.
20196 Use @kbd{V E} afterwards to expand intervals to individual
20197 values if you wish.  Note that this command uses the @kbd{b}
20198 (binary) prefix key.
20200 The @kbd{b p} (@code{calc-pack-bits}) [@code{vpack}] command
20201 converts the other way, from a vector or interval representing
20202 a set of nonnegative integers into a binary integer describing
20203 the same set.  The set may include positive infinity, but must
20204 not include any negative numbers.  The input is interpreted as a
20205 set of integers in the sense of @kbd{V F} (@code{vfloor}).  Beware
20206 that a simple input like @samp{[100]} can result in a huge integer
20207 representation 
20208 @texline (@math{2^{100}}, a 31-digit integer, in this case).
20209 @infoline (@expr{2^100}, a 31-digit integer, in this case).
20211 @node Statistical Operations, Reducing and Mapping, Set Operations, Matrix Functions
20212 @section Statistical Operations on Vectors
20214 @noindent
20215 @cindex Statistical functions
20216 The commands in this section take vectors as arguments and compute
20217 various statistical measures on the data stored in the vectors.  The
20218 references used in the definitions of these functions are Bevington's
20219 @emph{Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences},
20220 and @emph{Numerical Recipes} by Press, Flannery, Teukolsky and
20221 Vetterling.
20223 The statistical commands use the @kbd{u} prefix key followed by
20224 a shifted letter or other character.
20226 @xref{Manipulating Vectors}, for a description of @kbd{V H}
20227 (@code{calc-histogram}).
20229 @xref{Curve Fitting}, for the @kbd{a F} command for doing
20230 least-squares fits to statistical data.
20232 @xref{Probability Distribution Functions}, for several common
20233 probability distribution functions.
20235 @menu
20236 * Single-Variable Statistics::
20237 * Paired-Sample Statistics::
20238 @end menu
20240 @node Single-Variable Statistics, Paired-Sample Statistics, Statistical Operations, Statistical Operations
20241 @subsection Single-Variable Statistics
20243 @noindent
20244 These functions do various statistical computations on single
20245 vectors.  Given a numeric prefix argument, they actually pop
20246 @var{n} objects from the stack and combine them into a data
20247 vector.  Each object may be either a number or a vector; if a
20248 vector, any sub-vectors inside it are ``flattened'' as if by
20249 @kbd{v a 0}; @pxref{Manipulating Vectors}.  By default one object
20250 is popped, which (in order to be useful) is usually a vector.
20252 If an argument is a variable name, and the value stored in that
20253 variable is a vector, then the stored vector is used.  This method
20254 has the advantage that if your data vector is large, you can avoid
20255 the slow process of manipulating it directly on the stack.
20257 These functions are left in symbolic form if any of their arguments
20258 are not numbers or vectors, e.g., if an argument is a formula, or
20259 a non-vector variable.  However, formulas embedded within vector
20260 arguments are accepted; the result is a symbolic representation
20261 of the computation, based on the assumption that the formula does
20262 not itself represent a vector.  All varieties of numbers such as
20263 error forms and interval forms are acceptable.
20265 Some of the functions in this section also accept a single error form
20266 or interval as an argument.  They then describe a property of the
20267 normal or uniform (respectively) statistical distribution described
20268 by the argument.  The arguments are interpreted in the same way as
20269 the @var{M} argument of the random number function @kbd{k r}.  In
20270 particular, an interval with integer limits is considered an integer
20271 distribution, so that @samp{[2 .. 6)} is the same as @samp{[2 .. 5]}.
20272 An interval with at least one floating-point limit is a continuous
20273 distribution:  @samp{[2.0 .. 6.0)} is @emph{not} the same as
20274 @samp{[2.0 .. 5.0]}!
20276 @kindex u #
20277 @pindex calc-vector-count
20278 @tindex vcount
20279 The @kbd{u #} (@code{calc-vector-count}) [@code{vcount}] command
20280 computes the number of data values represented by the inputs.
20281 For example, @samp{vcount(1, [2, 3], [[4, 5], [], x, y])} returns 7.
20282 If the argument is a single vector with no sub-vectors, this
20283 simply computes the length of the vector.
20285 @kindex u +
20286 @kindex u *
20287 @pindex calc-vector-sum
20288 @pindex calc-vector-prod
20289 @tindex vsum
20290 @tindex vprod
20291 @cindex Summations (statistical)
20292 The @kbd{u +} (@code{calc-vector-sum}) [@code{vsum}] command
20293 computes the sum of the data values.  The @kbd{u *}
20294 (@code{calc-vector-prod}) [@code{vprod}] command computes the
20295 product of the data values.  If the input is a single flat vector,
20296 these are the same as @kbd{V R +} and @kbd{V R *}
20297 (@pxref{Reducing and Mapping}).
20299 @kindex u X
20300 @kindex u N
20301 @pindex calc-vector-max
20302 @pindex calc-vector-min
20303 @tindex vmax
20304 @tindex vmin
20305 The @kbd{u X} (@code{calc-vector-max}) [@code{vmax}] command
20306 computes the maximum of the data values, and the @kbd{u N}
20307 (@code{calc-vector-min}) [@code{vmin}] command computes the minimum.
20308 If the argument is an interval, this finds the minimum or maximum
20309 value in the interval.  (Note that @samp{vmax([2..6)) = 5} as
20310 described above.)  If the argument is an error form, this returns
20311 plus or minus infinity.
20313 @kindex u M
20314 @pindex calc-vector-mean
20315 @tindex vmean
20316 @cindex Mean of data values
20317 The @kbd{u M} (@code{calc-vector-mean}) [@code{vmean}] command
20318 computes the average (arithmetic mean) of the data values.
20319 If the inputs are error forms 
20320 @texline @math{x \pm \sigma},
20321 @infoline @samp{x +/- s}, 
20322 this is the weighted mean of the @expr{x} values with weights 
20323 @texline @math{1 /\sigma^2}.
20324 @infoline @expr{1 / s^2}.
20325 @tex
20326 \turnoffactive
20327 $$ \mu = { \displaystyle \sum { x_i \over \sigma_i^2 } \over
20328            \displaystyle \sum { 1 \over \sigma_i^2 } } $$
20329 @end tex
20330 If the inputs are not error forms, this is simply the sum of the
20331 values divided by the count of the values.
20333 Note that a plain number can be considered an error form with
20334 error 
20335 @texline @math{\sigma = 0}.
20336 @infoline @expr{s = 0}.  
20337 If the input to @kbd{u M} is a mixture of
20338 plain numbers and error forms, the result is the mean of the
20339 plain numbers, ignoring all values with non-zero errors.  (By the
20340 above definitions it's clear that a plain number effectively
20341 has an infinite weight, next to which an error form with a finite
20342 weight is completely negligible.)
20344 This function also works for distributions (error forms or
20345 intervals).  The mean of an error form `@var{a} @tfn{+/-} @var{b}' is simply
20346 @expr{a}.  The mean of an interval is the mean of the minimum
20347 and maximum values of the interval.
20349 @kindex I u M
20350 @pindex calc-vector-mean-error
20351 @tindex vmeane
20352 The @kbd{I u M} (@code{calc-vector-mean-error}) [@code{vmeane}]
20353 command computes the mean of the data points expressed as an
20354 error form.  This includes the estimated error associated with
20355 the mean.  If the inputs are error forms, the error is the square
20356 root of the reciprocal of the sum of the reciprocals of the squares
20357 of the input errors.  (I.e., the variance is the reciprocal of the
20358 sum of the reciprocals of the variances.)
20359 @tex
20360 \turnoffactive
20361 $$ \sigma_\mu^2 = {1 \over \displaystyle \sum {1 \over \sigma_i^2}} $$
20362 @end tex
20363 If the inputs are plain
20364 numbers, the error is equal to the standard deviation of the values
20365 divided by the square root of the number of values.  (This works
20366 out to be equivalent to calculating the standard deviation and
20367 then assuming each value's error is equal to this standard
20368 deviation.)
20369 @tex
20370 \turnoffactive
20371 $$ \sigma_\mu^2 = {\sigma^2 \over N} $$
20372 @end tex
20374 @kindex H u M
20375 @pindex calc-vector-median
20376 @tindex vmedian
20377 @cindex Median of data values
20378 The @kbd{H u M} (@code{calc-vector-median}) [@code{vmedian}]
20379 command computes the median of the data values.  The values are
20380 first sorted into numerical order; the median is the middle
20381 value after sorting.  (If the number of data values is even,
20382 the median is taken to be the average of the two middle values.)
20383 The median function is different from the other functions in
20384 this section in that the arguments must all be real numbers;
20385 variables are not accepted even when nested inside vectors.
20386 (Otherwise it is not possible to sort the data values.)  If
20387 any of the input values are error forms, their error parts are
20388 ignored.
20390 The median function also accepts distributions.  For both normal
20391 (error form) and uniform (interval) distributions, the median is
20392 the same as the mean.
20394 @kindex H I u M
20395 @pindex calc-vector-harmonic-mean
20396 @tindex vhmean
20397 @cindex Harmonic mean
20398 The @kbd{H I u M} (@code{calc-vector-harmonic-mean}) [@code{vhmean}]
20399 command computes the harmonic mean of the data values.  This is
20400 defined as the reciprocal of the arithmetic mean of the reciprocals
20401 of the values.
20402 @tex
20403 \turnoffactive
20404 $$ { N \over \displaystyle \sum {1 \over x_i} } $$
20405 @end tex
20407 @kindex u G
20408 @pindex calc-vector-geometric-mean
20409 @tindex vgmean
20410 @cindex Geometric mean
20411 The @kbd{u G} (@code{calc-vector-geometric-mean}) [@code{vgmean}]
20412 command computes the geometric mean of the data values.  This
20413 is the @var{n}th root of the product of the values.  This is also
20414 equal to the @code{exp} of the arithmetic mean of the logarithms
20415 of the data values.
20416 @tex
20417 \turnoffactive
20418 $$ \exp \left ( \sum { \ln x_i } \right ) =
20419    \left ( \prod { x_i } \right)^{1 / N} $$
20420 @end tex
20422 @kindex H u G
20423 @tindex agmean
20424 The @kbd{H u G} [@code{agmean}] command computes the ``arithmetic-geometric
20425 mean'' of two numbers taken from the stack.  This is computed by
20426 replacing the two numbers with their arithmetic mean and geometric
20427 mean, then repeating until the two values converge.
20428 @tex
20429 \turnoffactive
20430 $$ a_{i+1} = { a_i + b_i \over 2 } , \qquad b_{i+1} = \sqrt{a_i b_i} $$
20431 @end tex
20433 @cindex Root-mean-square
20434 Another commonly used mean, the RMS (root-mean-square), can be computed
20435 for a vector of numbers simply by using the @kbd{A} command.
20437 @kindex u S
20438 @pindex calc-vector-sdev
20439 @tindex vsdev
20440 @cindex Standard deviation
20441 @cindex Sample statistics
20442 The @kbd{u S} (@code{calc-vector-sdev}) [@code{vsdev}] command
20443 computes the standard 
20444 @texline deviation@tie{}@math{\sigma}
20445 @infoline deviation
20446 of the data values.  If the values are error forms, the errors are used
20447 as weights just as for @kbd{u M}.  This is the @emph{sample} standard
20448 deviation, whose value is the square root of the sum of the squares of
20449 the differences between the values and the mean of the @expr{N} values,
20450 divided by @expr{N-1}.
20451 @tex
20452 \turnoffactive
20453 $$ \sigma^2 = {1 \over N - 1} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20454 @end tex
20456 This function also applies to distributions.  The standard deviation
20457 of a single error form is simply the error part.  The standard deviation
20458 of a continuous interval happens to equal the difference between the
20459 limits, divided by 
20460 @texline @math{\sqrt{12}}.
20461 @infoline @expr{sqrt(12)}.  
20462 The standard deviation of an integer interval is the same as the
20463 standard deviation of a vector of those integers.
20465 @kindex I u S
20466 @pindex calc-vector-pop-sdev
20467 @tindex vpsdev
20468 @cindex Population statistics
20469 The @kbd{I u S} (@code{calc-vector-pop-sdev}) [@code{vpsdev}]
20470 command computes the @emph{population} standard deviation.
20471 It is defined by the same formula as above but dividing
20472 by @expr{N} instead of by @expr{N-1}.  The population standard
20473 deviation is used when the input represents the entire set of
20474 data values in the distribution; the sample standard deviation
20475 is used when the input represents a sample of the set of all
20476 data values, so that the mean computed from the input is itself
20477 only an estimate of the true mean.
20478 @tex
20479 \turnoffactive
20480 $$ \sigma^2 = {1 \over N} \sum (x_i - \mu)^2 $$
20481 @end tex
20483 For error forms and continuous intervals, @code{vpsdev} works
20484 exactly like @code{vsdev}.  For integer intervals, it computes the
20485 population standard deviation of the equivalent vector of integers.
20487 @kindex H u S
20488 @kindex H I u S
20489 @pindex calc-vector-variance
20490 @pindex calc-vector-pop-variance
20491 @tindex vvar
20492 @tindex vpvar
20493 @cindex Variance of data values
20494 The @kbd{H u S} (@code{calc-vector-variance}) [@code{vvar}] and
20495 @kbd{H I u S} (@code{calc-vector-pop-variance}) [@code{vpvar}]
20496 commands compute the variance of the data values.  The variance
20497 is the 
20498 @texline square@tie{}@math{\sigma^2}
20499 @infoline square
20500 of the standard deviation, i.e., the sum of the
20501 squares of the deviations of the data values from the mean.
20502 (This definition also applies when the argument is a distribution.)
20504 @ignore
20505 @starindex
20506 @end ignore
20507 @tindex vflat
20508 The @code{vflat} algebraic function returns a vector of its
20509 arguments, interpreted in the same way as the other functions
20510 in this section.  For example, @samp{vflat(1, [2, [3, 4]], 5)}
20511 returns @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
20513 @node Paired-Sample Statistics,  , Single-Variable Statistics, Statistical Operations
20514 @subsection Paired-Sample Statistics
20516 @noindent
20517 The functions in this section take two arguments, which must be
20518 vectors of equal size.  The vectors are each flattened in the same
20519 way as by the single-variable statistical functions.  Given a numeric
20520 prefix argument of 1, these functions instead take one object from
20521 the stack, which must be an 
20522 @texline @math{N\times2}
20523 @infoline Nx2
20524 matrix of data values.  Once again, variable names can be used in place
20525 of actual vectors and matrices.
20527 @kindex u C
20528 @pindex calc-vector-covariance
20529 @tindex vcov
20530 @cindex Covariance
20531 The @kbd{u C} (@code{calc-vector-covariance}) [@code{vcov}] command
20532 computes the sample covariance of two vectors.  The covariance
20533 of vectors @var{x} and @var{y} is the sum of the products of the
20534 differences between the elements of @var{x} and the mean of @var{x}
20535 times the differences between the corresponding elements of @var{y}
20536 and the mean of @var{y}, all divided by @expr{N-1}.  Note that
20537 the variance of a vector is just the covariance of the vector
20538 with itself.  Once again, if the inputs are error forms the
20539 errors are used as weight factors.  If both @var{x} and @var{y}
20540 are composed of error forms, the error for a given data point
20541 is taken as the square root of the sum of the squares of the two
20542 input errors.
20543 @tex
20544 \turnoffactive
20545 $$ \sigma_{x\!y}^2 = {1 \over N-1} \sum (x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) $$
20546 $$ \sigma_{x\!y}^2 =
20547     {\displaystyle {1 \over N-1}
20548                    \sum {(x_i - \mu_x) (y_i - \mu_y) \over \sigma_i^2}
20549      \over \displaystyle {1 \over N} \sum {1 \over \sigma_i^2}}
20551 @end tex
20553 @kindex I u C
20554 @pindex calc-vector-pop-covariance
20555 @tindex vpcov
20556 The @kbd{I u C} (@code{calc-vector-pop-covariance}) [@code{vpcov}]
20557 command computes the population covariance, which is the same as the
20558 sample covariance computed by @kbd{u C} except dividing by @expr{N}
20559 instead of @expr{N-1}.
20561 @kindex H u C
20562 @pindex calc-vector-correlation
20563 @tindex vcorr
20564 @cindex Correlation coefficient
20565 @cindex Linear correlation
20566 The @kbd{H u C} (@code{calc-vector-correlation}) [@code{vcorr}]
20567 command computes the linear correlation coefficient of two vectors.
20568 This is defined by the covariance of the vectors divided by the
20569 product of their standard deviations.  (There is no difference
20570 between sample or population statistics here.)
20571 @tex
20572 \turnoffactive
20573 $$ r_{x\!y} = { \sigma_{x\!y}^2 \over \sigma_x^2 \sigma_y^2 } $$
20574 @end tex
20576 @node Reducing and Mapping, Vector and Matrix Formats, Statistical Operations, Matrix Functions
20577 @section Reducing and Mapping Vectors
20579 @noindent
20580 The commands in this section allow for more general operations on the
20581 elements of vectors.
20583 @kindex V A
20584 @pindex calc-apply
20585 @tindex apply
20586 The simplest of these operations is @kbd{V A} (@code{calc-apply})
20587 [@code{apply}], which applies a given operator to the elements of a vector.
20588 For example, applying the hypothetical function @code{f} to the vector
20589 @w{@samp{[1, 2, 3]}} would produce the function call @samp{f(1, 2, 3)}.
20590 Applying the @code{+} function to the vector @samp{[a, b]} gives
20591 @samp{a + b}.  Applying @code{+} to the vector @samp{[a, b, c]} is an
20592 error, since the @code{+} function expects exactly two arguments.
20594 While @kbd{V A} is useful in some cases, you will usually find that either
20595 @kbd{V R} or @kbd{V M}, described below, is closer to what you want.
20597 @menu
20598 * Specifying Operators::
20599 * Mapping::
20600 * Reducing::
20601 * Nesting and Fixed Points::
20602 * Generalized Products::
20603 @end menu
20605 @node Specifying Operators, Mapping, Reducing and Mapping, Reducing and Mapping
20606 @subsection Specifying Operators
20608 @noindent
20609 Commands in this section (like @kbd{V A}) prompt you to press the key
20610 corresponding to the desired operator.  Press @kbd{?} for a partial
20611 list of the available operators.  Generally, an operator is any key or
20612 sequence of keys that would normally take one or more arguments from
20613 the stack and replace them with a result.  For example, @kbd{V A H C}
20614 uses the hyperbolic cosine operator, @code{cosh}.  (Since @code{cosh}
20615 expects one argument, @kbd{V A H C} requires a vector with a single
20616 element as its argument.)
20618 You can press @kbd{x} at the operator prompt to select any algebraic
20619 function by name to use as the operator.  This includes functions you
20620 have defined yourself using the @kbd{Z F} command.  (@xref{Algebraic
20621 Definitions}.)  If you give a name for which no function has been
20622 defined, the result is left in symbolic form, as in @samp{f(1, 2, 3)}.
20623 Calc will prompt for the number of arguments the function takes if it
20624 can't figure it out on its own (say, because you named a function that
20625 is currently undefined).  It is also possible to type a digit key before
20626 the function name to specify the number of arguments, e.g.,
20627 @kbd{V M 3 x f @key{RET}} calls @code{f} with three arguments even if it
20628 looks like it ought to have only two.  This technique may be necessary
20629 if the function allows a variable number of arguments.  For example,
20630 the @kbd{v e} [@code{vexp}] function accepts two or three arguments;
20631 if you want to map with the three-argument version, you will have to
20632 type @kbd{V M 3 v e}.
20634 It is also possible to apply any formula to a vector by treating that
20635 formula as a function.  When prompted for the operator to use, press
20636 @kbd{'} (the apostrophe) and type your formula as an algebraic entry.
20637 You will then be prompted for the argument list, which defaults to a
20638 list of all variables that appear in the formula, sorted into alphabetic
20639 order.  For example, suppose you enter the formula @w{@samp{x + 2y^x}}.
20640 The default argument list would be @samp{(x y)}, which means that if
20641 this function is applied to the arguments @samp{[3, 10]} the result will
20642 be @samp{3 + 2*10^3}.  (If you plan to use a certain formula in this
20643 way often, you might consider defining it as a function with @kbd{Z F}.)
20645 Another way to specify the arguments to the formula you enter is with
20646 @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on.  For example, @kbd{V A ' $$ + 2$^$$}
20647 has the same effect as the previous example.  The argument list is
20648 automatically taken to be @samp{($$ $)}.  (The order of the arguments
20649 may seem backwards, but it is analogous to the way normal algebraic
20650 entry interacts with the stack.)
20652 If you press @kbd{$} at the operator prompt, the effect is similar to
20653 the apostrophe except that the relevant formula is taken from top-of-stack
20654 instead.  The actual vector arguments of the @kbd{V A $} or related command
20655 then start at the second-to-top stack position.  You will still be
20656 prompted for an argument list.
20658 @cindex Nameless functions
20659 @cindex Generic functions
20660 A function can be written without a name using the notation @samp{<#1 - #2>},
20661 which means ``a function of two arguments that computes the first
20662 argument minus the second argument.''  The symbols @samp{#1} and @samp{#2}
20663 are placeholders for the arguments.  You can use any names for these
20664 placeholders if you wish, by including an argument list followed by a
20665 colon:  @samp{<x, y : x - y>}.  When you type @kbd{V A ' $$ + 2$^$$ @key{RET}},
20666 Calc builds the nameless function @samp{<#1 + 2 #2^#1>} as the function
20667 to map across the vectors.  When you type @kbd{V A ' x + 2y^x @key{RET} @key{RET}},
20668 Calc builds the nameless function @w{@samp{<x, y : x + 2 y^x>}}.  In both
20669 cases, Calc also writes the nameless function to the Trail so that you
20670 can get it back later if you wish.
20672 If there is only one argument, you can write @samp{#} in place of @samp{#1}.
20673 (Note that @samp{< >} notation is also used for date forms.  Calc tells
20674 that @samp{<@var{stuff}>} is a nameless function by the presence of
20675 @samp{#} signs inside @var{stuff}, or by the fact that @var{stuff}
20676 begins with a list of variables followed by a colon.)
20678 You can type a nameless function directly to @kbd{V A '}, or put one on
20679 the stack and use it with @w{@kbd{V A $}}.  Calc will not prompt for an
20680 argument list in this case, since the nameless function specifies the
20681 argument list as well as the function itself.  In @kbd{V A '}, you can
20682 omit the @samp{< >} marks if you use @samp{#} notation for the arguments,
20683 so that @kbd{V A ' #1+#2 @key{RET}} is the same as @kbd{V A ' <#1+#2> @key{RET}},
20684 which in turn is the same as @kbd{V A ' $$+$ @key{RET}}.
20686 @cindex Lambda expressions
20687 @ignore
20688 @starindex
20689 @end ignore
20690 @tindex lambda
20691 The internal format for @samp{<x, y : x + y>} is @samp{lambda(x, y, x + y)}.
20692 (The word @code{lambda} derives from Lisp notation and the theory of
20693 functions.)  The internal format for @samp{<#1 + #2>} is @samp{lambda(ArgA,
20694 ArgB, ArgA + ArgB)}.  Note that there is no actual Calc function called
20695 @code{lambda}; the whole point is that the @code{lambda} expression is
20696 used in its symbolic form, not evaluated for an answer until it is applied
20697 to specific arguments by a command like @kbd{V A} or @kbd{V M}.
20699 (Actually, @code{lambda} does have one special property:  Its arguments
20700 are never evaluated; for example, putting @samp{<(2/3) #>} on the stack
20701 will not simplify the @samp{2/3} until the nameless function is actually
20702 called.)
20704 @tindex add
20705 @tindex sub
20706 @ignore
20707 @mindex @idots
20708 @end ignore
20709 @tindex mul
20710 @ignore
20711 @mindex @null
20712 @end ignore
20713 @tindex div
20714 @ignore
20715 @mindex @null
20716 @end ignore
20717 @tindex pow
20718 @ignore
20719 @mindex @null
20720 @end ignore
20721 @tindex neg
20722 @ignore
20723 @mindex @null
20724 @end ignore
20725 @tindex mod
20726 @ignore
20727 @mindex @null
20728 @end ignore
20729 @tindex vconcat
20730 As usual, commands like @kbd{V A} have algebraic function name equivalents.
20731 For example, @kbd{V A k g} with an argument of @samp{v} is equivalent to
20732 @samp{apply(gcd, v)}.  The first argument specifies the operator name,
20733 and is either a variable whose name is the same as the function name,
20734 or a nameless function like @samp{<#^3+1>}.  Operators that are normally
20735 written as algebraic symbols have the names @code{add}, @code{sub},
20736 @code{mul}, @code{div}, @code{pow}, @code{neg}, @code{mod}, and
20737 @code{vconcat}.
20739 @ignore
20740 @starindex
20741 @end ignore
20742 @tindex call
20743 The @code{call} function builds a function call out of several arguments:
20744 @samp{call(gcd, x, y)} is the same as @samp{apply(gcd, [x, y])}, which
20745 in turn is the same as @samp{gcd(x, y)}.  The first argument of @code{call},
20746 like the other functions described here, may be either a variable naming a
20747 function, or a nameless function (@samp{call(<#1+2#2>, x, y)} is the same
20748 as @samp{x + 2y}).
20750 (Experts will notice that it's not quite proper to use a variable to name
20751 a function, since the name @code{gcd} corresponds to the Lisp variable
20752 @code{var-gcd} but to the Lisp function @code{calcFunc-gcd}.  Calc
20753 automatically makes this translation, so you don't have to worry
20754 about it.)
20756 @node Mapping, Reducing, Specifying Operators, Reducing and Mapping
20757 @subsection Mapping
20759 @noindent
20760 @kindex V M
20761 @pindex calc-map
20762 @tindex map
20763 The @kbd{V M} (@code{calc-map}) [@code{map}] command applies a given
20764 operator elementwise to one or more vectors.  For example, mapping
20765 @code{A} [@code{abs}] produces a vector of the absolute values of the
20766 elements in the input vector.  Mapping @code{+} pops two vectors from
20767 the stack, which must be of equal length, and produces a vector of the
20768 pairwise sums of the elements.  If either argument is a non-vector, it
20769 is duplicated for each element of the other vector.  For example,
20770 @kbd{[1,2,3] 2 V M ^} squares the elements of the specified vector.
20771 With the 2 listed first, it would have computed a vector of powers of
20772 two.  Mapping a user-defined function pops as many arguments from the
20773 stack as the function requires.  If you give an undefined name, you will
20774 be prompted for the number of arguments to use.
20776 If any argument to @kbd{V M} is a matrix, the operator is normally mapped
20777 across all elements of the matrix.  For example, given the matrix
20778 @expr{[[1, -2, 3], [-4, 5, -6]]}, @kbd{V M A} takes six absolute values to
20779 produce another 
20780 @texline @math{3\times2}
20781 @infoline 3x2
20782 matrix, @expr{[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]}.
20784 @tindex mapr
20785 The command @kbd{V M _} [@code{mapr}] (i.e., type an underscore at the
20786 operator prompt) maps by rows instead.  For example, @kbd{V M _ A} views
20787 the above matrix as a vector of two 3-element row vectors.  It produces
20788 a new vector which contains the absolute values of those row vectors,
20789 namely @expr{[3.74, 8.77]}.  (Recall, the absolute value of a vector is
20790 defined as the square root of the sum of the squares of the elements.)
20791 Some operators accept vectors and return new vectors; for example,
20792 @kbd{v v} reverses a vector, so @kbd{V M _ v v} would reverse each row
20793 of the matrix to get a new matrix, @expr{[[3, -2, 1], [-6, 5, -4]]}.
20795 Sometimes a vector of vectors (representing, say, strings, sets, or lists)
20796 happens to look like a matrix.  If so, remember to use @kbd{V M _} if you
20797 want to map a function across the whole strings or sets rather than across
20798 their individual elements.
20800 @tindex mapc
20801 The command @kbd{V M :} [@code{mapc}] maps by columns.  Basically, it
20802 transposes the input matrix, maps by rows, and then, if the result is a
20803 matrix, transposes again.  For example, @kbd{V M : A} takes the absolute
20804 values of the three columns of the matrix, treating each as a 2-vector,
20805 and @kbd{V M : v v} reverses the columns to get the matrix
20806 @expr{[[-4, 5, -6], [1, -2, 3]]}.
20808 (The symbols @kbd{_} and @kbd{:} were chosen because they had row-like
20809 and column-like appearances, and were not already taken by useful
20810 operators.  Also, they appear shifted on most keyboards so they are easy
20811 to type after @kbd{V M}.)
20813 The @kbd{_} and @kbd{:} modifiers have no effect on arguments that are
20814 not matrices (so if none of the arguments are matrices, they have no
20815 effect at all).  If some of the arguments are matrices and others are
20816 plain numbers, the plain numbers are held constant for all rows of the
20817 matrix (so that @kbd{2 V M _ ^} squares every row of a matrix; squaring
20818 a vector takes a dot product of the vector with itself).
20820 If some of the arguments are vectors with the same lengths as the
20821 rows (for @kbd{V M _}) or columns (for @kbd{V M :}) of the matrix
20822 arguments, those vectors are also held constant for every row or
20823 column.
20825 Sometimes it is useful to specify another mapping command as the operator
20826 to use with @kbd{V M}.  For example, @kbd{V M _ V A +} applies @kbd{V A +}
20827 to each row of the input matrix, which in turn adds the two values on that
20828 row.  If you give another vector-operator command as the operator for
20829 @kbd{V M}, it automatically uses map-by-rows mode if you don't specify
20830 otherwise; thus @kbd{V M V A +} is equivalent to @kbd{V M _ V A +}.  (If
20831 you really want to map-by-elements another mapping command, you can use
20832 a triple-nested mapping command:  @kbd{V M V M V A +} means to map
20833 @kbd{V M V A +} over the rows of the matrix; in turn, @kbd{V A +} is
20834 mapped over the elements of each row.)
20836 @tindex mapa
20837 @tindex mapd
20838 Previous versions of Calc had ``map across'' and ``map down'' modes
20839 that are now considered obsolete; the old ``map across'' is now simply
20840 @kbd{V M V A}, and ``map down'' is now @kbd{V M : V A}.  The algebraic
20841 functions @code{mapa} and @code{mapd} are still supported, though.
20842 Note also that, while the old mapping modes were persistent (once you
20843 set the mode, it would apply to later mapping commands until you reset
20844 it), the new @kbd{:} and @kbd{_} modifiers apply only to the current
20845 mapping command.  The default @kbd{V M} always means map-by-elements.
20847 @xref{Algebraic Manipulation}, for the @kbd{a M} command, which is like
20848 @kbd{V M} but for equations and inequalities instead of vectors.
20849 @xref{Storing Variables}, for the @kbd{s m} command which modifies a
20850 variable's stored value using a @kbd{V M}-like operator.
20852 @node Reducing, Nesting and Fixed Points, Mapping, Reducing and Mapping
20853 @subsection Reducing
20855 @noindent
20856 @kindex V R
20857 @pindex calc-reduce
20858 @tindex reduce
20859 The @kbd{V R} (@code{calc-reduce}) [@code{reduce}] command applies a given
20860 binary operator across all the elements of a vector.  A binary operator is
20861 a function such as @code{+} or @code{max} which takes two arguments.  For
20862 example, reducing @code{+} over a vector computes the sum of the elements
20863 of the vector.  Reducing @code{-} computes the first element minus each of
20864 the remaining elements.  Reducing @code{max} computes the maximum element
20865 and so on.  In general, reducing @code{f} over the vector @samp{[a, b, c, d]}
20866 produces @samp{f(f(f(a, b), c), d)}.
20868 @kindex I V R
20869 @tindex rreduce
20870 The @kbd{I V R} [@code{rreduce}] command is similar to @kbd{V R} except
20871 that works from right to left through the vector.  For example, plain
20872 @kbd{V R -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces @samp{a - b - c - d}
20873 but @kbd{I V R -} on the same vector produces @samp{a - (b - (c - d))},
20874 or @samp{a - b + c - d}.  This ``alternating sum'' occurs frequently
20875 in power series expansions.
20877 @kindex V U
20878 @tindex accum
20879 The @kbd{V U} (@code{calc-accumulate}) [@code{accum}] command does an
20880 accumulation operation.  Here Calc does the corresponding reduction
20881 operation, but instead of producing only the final result, it produces
20882 a vector of all the intermediate results.  Accumulating @code{+} over
20883 the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the vector
20884 @samp{[a, a + b, a + b + c, a + b + c + d]}.
20886 @kindex I V U
20887 @tindex raccum
20888 The @kbd{I V U} [@code{raccum}] command does a right-to-left accumulation.
20889 For example, @kbd{I V U -} on the vector @samp{[a, b, c, d]} produces the
20890 vector @samp{[a - b + c - d, b - c + d, c - d, d]}.
20892 @tindex reducea
20893 @tindex rreducea
20894 @tindex reduced
20895 @tindex rreduced
20896 As for @kbd{V M}, @kbd{V R} normally reduces a matrix elementwise.  For
20897 example, given the matrix @expr{[[a, b, c], [d, e, f]]}, @kbd{V R +} will
20898 compute @expr{a + b + c + d + e + f}.  You can type @kbd{V R _} or
20899 @kbd{V R :} to modify this behavior.  The @kbd{V R _} [@code{reducea}]
20900 command reduces ``across'' the matrix; it reduces each row of the matrix
20901 as a vector, then collects the results.  Thus @kbd{V R _ +} of this
20902 matrix would produce @expr{[a + b + c, d + e + f]}.  Similarly, @kbd{V R :}
20903 [@code{reduced}] reduces down; @kbd{V R : +} would produce @expr{[a + d,
20904 b + e, c + f]}.
20906 @tindex reducer
20907 @tindex rreducer
20908 There is a third ``by rows'' mode for reduction that is occasionally
20909 useful; @kbd{V R =} [@code{reducer}] simply reduces the operator over
20910 the rows of the matrix themselves.  Thus @kbd{V R = +} on the above
20911 matrix would get the same result as @kbd{V R : +}, since adding two
20912 row vectors is equivalent to adding their elements.  But @kbd{V R = *}
20913 would multiply the two rows (to get a single number, their dot product),
20914 while @kbd{V R : *} would produce a vector of the products of the columns.
20916 These three matrix reduction modes work with @kbd{V R} and @kbd{I V R},
20917 but they are not currently supported with @kbd{V U} or @kbd{I V U}.
20919 @tindex reducec
20920 @tindex rreducec
20921 The obsolete reduce-by-columns function, @code{reducec}, is still
20922 supported but there is no way to get it through the @kbd{V R} command.
20924 The commands @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are equivalent to typing
20925 @kbd{C-x * r} to grab a rectangle of data into Calc, and then typing
20926 @kbd{V R : +} or @kbd{V R _ +}, respectively, to sum the columns or
20927 rows of the matrix.  @xref{Grabbing From Buffers}.
20929 @node Nesting and Fixed Points, Generalized Products, Reducing, Reducing and Mapping
20930 @subsection Nesting and Fixed Points
20932 @noindent
20933 @kindex H V R
20934 @tindex nest
20935 The @kbd{H V R} [@code{nest}] command applies a function to a given
20936 argument repeatedly.  It takes two values, @samp{a} and @samp{n}, from
20937 the stack, where @samp{n} must be an integer.  It then applies the
20938 function nested @samp{n} times; if the function is @samp{f} and @samp{n}
20939 is 3, the result is @samp{f(f(f(a)))}.  The number @samp{n} may be
20940 negative if Calc knows an inverse for the function @samp{f}; for
20941 example, @samp{nest(sin, a, -2)} returns @samp{arcsin(arcsin(a))}.
20943 @kindex H V U
20944 @tindex anest
20945 The @kbd{H V U} [@code{anest}] command is an accumulating version of
20946 @code{nest}:  It returns a vector of @samp{n+1} values, e.g.,
20947 @samp{[a, f(a), f(f(a)), f(f(f(a)))]}.  If @samp{n} is negative and
20948 @samp{F} is the inverse of @samp{f}, then the result is of the
20949 form @samp{[a, F(a), F(F(a)), F(F(F(a)))]}.
20951 @kindex H I V R
20952 @tindex fixp
20953 @cindex Fixed points
20954 The @kbd{H I V R} [@code{fixp}] command is like @kbd{H V R}, except
20955 that it takes only an @samp{a} value from the stack; the function is
20956 applied until it reaches a ``fixed point,'' i.e., until the result
20957 no longer changes.
20959 @kindex H I V U
20960 @tindex afixp
20961 The @kbd{H I V U} [@code{afixp}] command is an accumulating @code{fixp}.
20962 The first element of the return vector will be the initial value @samp{a};
20963 the last element will be the final result that would have been returned
20964 by @code{fixp}.
20966 For example, 0.739085 is a fixed point of the cosine function (in radians):
20967 @samp{cos(0.739085) = 0.739085}.  You can find this value by putting, say,
20968 1.0 on the stack and typing @kbd{H I V U C}.  (We use the accumulating
20969 version so we can see the intermediate results:  @samp{[1, 0.540302, 0.857553,
20970 0.65329, ...]}.  With a precision of six, this command will take 36 steps
20971 to converge to 0.739085.)
20973 Newton's method for finding roots is a classic example of iteration
20974 to a fixed point.  To find the square root of five starting with an
20975 initial guess, Newton's method would look for a fixed point of the
20976 function @samp{(x + 5/x) / 2}.  Putting a guess of 1 on the stack
20977 and typing @kbd{H I V R ' ($ + 5/$)/2 @key{RET}} quickly yields the result
20978 2.23607.  This is equivalent to using the @kbd{a R} (@code{calc-find-root})
20979 command to find a root of the equation @samp{x^2 = 5}.
20981 These examples used numbers for @samp{a} values.  Calc keeps applying
20982 the function until two successive results are equal to within the
20983 current precision.  For complex numbers, both the real parts and the
20984 imaginary parts must be equal to within the current precision.  If
20985 @samp{a} is a formula (say, a variable name), then the function is
20986 applied until two successive results are exactly the same formula.
20987 It is up to you to ensure that the function will eventually converge;
20988 if it doesn't, you may have to press @kbd{C-g} to stop the Calculator.
20990 The algebraic @code{fixp} function takes two optional arguments, @samp{n}
20991 and @samp{tol}.  The first is the maximum number of steps to be allowed,
20992 and must be either an integer or the symbol @samp{inf} (infinity, the
20993 default).  The second is a convergence tolerance.  If a tolerance is
20994 specified, all results during the calculation must be numbers, not
20995 formulas, and the iteration stops when the magnitude of the difference
20996 between two successive results is less than or equal to the tolerance.
20997 (This implies that a tolerance of zero iterates until the results are
20998 exactly equal.)
21000 Putting it all together, @samp{fixp(<(# + A/#)/2>, B, 20, 1e-10)}
21001 computes the square root of @samp{A} given the initial guess @samp{B},
21002 stopping when the result is correct within the specified tolerance, or
21003 when 20 steps have been taken, whichever is sooner.
21005 @node Generalized Products,  , Nesting and Fixed Points, Reducing and Mapping
21006 @subsection Generalized Products
21008 @kindex V O
21009 @pindex calc-outer-product
21010 @tindex outer
21011 The @kbd{V O} (@code{calc-outer-product}) [@code{outer}] command applies
21012 a given binary operator to all possible pairs of elements from two
21013 vectors, to produce a matrix.  For example, @kbd{V O *} with @samp{[a, b]}
21014 and @samp{[x, y, z]} on the stack produces a multiplication table:
21015 @samp{[[a x, a y, a z], [b x, b y, b z]]}.  Element @var{r},@var{c} of
21016 the result matrix is obtained by applying the operator to element @var{r}
21017 of the lefthand vector and element @var{c} of the righthand vector.
21019 @kindex V I
21020 @pindex calc-inner-product
21021 @tindex inner
21022 The @kbd{V I} (@code{calc-inner-product}) [@code{inner}] command computes
21023 the generalized inner product of two vectors or matrices, given a
21024 ``multiplicative'' operator and an ``additive'' operator.  These can each
21025 actually be any binary operators; if they are @samp{*} and @samp{+},
21026 respectively, the result is a standard matrix multiplication.  Element
21027 @var{r},@var{c} of the result matrix is obtained by mapping the
21028 multiplicative operator across row @var{r} of the lefthand matrix and
21029 column @var{c} of the righthand matrix, and then reducing with the additive
21030 operator.  Just as for the standard @kbd{*} command, this can also do a
21031 vector-matrix or matrix-vector inner product, or a vector-vector
21032 generalized dot product.
21034 Since @kbd{V I} requires two operators, it prompts twice.  In each case,
21035 you can use any of the usual methods for entering the operator.  If you
21036 use @kbd{$} twice to take both operator formulas from the stack, the
21037 first (multiplicative) operator is taken from the top of the stack
21038 and the second (additive) operator is taken from second-to-top.
21040 @node Vector and Matrix Formats,  , Reducing and Mapping, Matrix Functions
21041 @section Vector and Matrix Display Formats
21043 @noindent
21044 Commands for controlling vector and matrix display use the @kbd{v} prefix
21045 instead of the usual @kbd{d} prefix.  But they are display modes; in
21046 particular, they are influenced by the @kbd{I} and @kbd{H} prefix keys
21047 in the same way (@pxref{Display Modes}).  Matrix display is also
21048 influenced by the @kbd{d O} (@code{calc-flat-language}) mode;
21049 @pxref{Normal Language Modes}.
21051 @kindex V <
21052 @pindex calc-matrix-left-justify
21053 @kindex V =
21054 @pindex calc-matrix-center-justify
21055 @kindex V >
21056 @pindex calc-matrix-right-justify
21057 The commands @kbd{v <} (@code{calc-matrix-left-justify}), @kbd{v >}
21058 (@code{calc-matrix-right-justify}), and @w{@kbd{v =}}
21059 (@code{calc-matrix-center-justify}) control whether matrix elements
21060 are justified to the left, right, or center of their columns.
21062 @kindex V [
21063 @pindex calc-vector-brackets
21064 @kindex V @{
21065 @pindex calc-vector-braces
21066 @kindex V (
21067 @pindex calc-vector-parens
21068 The @kbd{v [} (@code{calc-vector-brackets}) command turns the square
21069 brackets that surround vectors and matrices displayed in the stack on
21070 and off.  The @kbd{v @{} (@code{calc-vector-braces}) and @kbd{v (}
21071 (@code{calc-vector-parens}) commands use curly braces or parentheses,
21072 respectively, instead of square brackets.  For example, @kbd{v @{} might
21073 be used in preparation for yanking a matrix into a buffer running
21074 Mathematica.  (In fact, the Mathematica language mode uses this mode;
21075 @pxref{Mathematica Language Mode}.)  Note that, regardless of the
21076 display mode, either brackets or braces may be used to enter vectors,
21077 and parentheses may never be used for this purpose.
21079 @kindex V ]
21080 @pindex calc-matrix-brackets
21081 The @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) command controls the
21082 ``big'' style display of matrices.  It prompts for a string of code
21083 letters; currently implemented letters are @code{R}, which enables
21084 brackets on each row of the matrix; @code{O}, which enables outer
21085 brackets in opposite corners of the matrix; and @code{C}, which
21086 enables commas or semicolons at the ends of all rows but the last.
21087 The default format is @samp{RO}.  (Before Calc 2.00, the format
21088 was fixed at @samp{ROC}.)  Here are some example matrices:
21090 @example
21091 @group
21092 [ [ 123,  0,   0  ]       [ [ 123,  0,   0  ],
21093   [  0,  123,  0  ]         [  0,  123,  0  ],
21094   [  0,   0,  123 ] ]       [  0,   0,  123 ] ]
21096          RO                        ROC
21098 @end group
21099 @end example
21100 @noindent
21101 @example
21102 @group
21103   [ 123,  0,   0            [ 123,  0,   0 ;
21104      0,  123,  0               0,  123,  0 ;
21105      0,   0,  123 ]            0,   0,  123 ]
21107           O                        OC
21109 @end group
21110 @end example
21111 @noindent
21112 @example
21113 @group
21114   [ 123,  0,   0  ]           123,  0,   0
21115   [  0,  123,  0  ]            0,  123,  0
21116   [  0,   0,  123 ]            0,   0,  123
21118           R                       @r{blank}
21119 @end group
21120 @end example
21122 @noindent
21123 Note that of the formats shown here, @samp{RO}, @samp{ROC}, and
21124 @samp{OC} are all recognized as matrices during reading, while
21125 the others are useful for display only.
21127 @kindex V ,
21128 @pindex calc-vector-commas
21129 The @kbd{v ,} (@code{calc-vector-commas}) command turns commas on and
21130 off in vector and matrix display.
21132 In vectors of length one, and in all vectors when commas have been
21133 turned off, Calc adds extra parentheses around formulas that might
21134 otherwise be ambiguous.  For example, @samp{[a b]} could be a vector
21135 of the one formula @samp{a b}, or it could be a vector of two
21136 variables with commas turned off.  Calc will display the former
21137 case as @samp{[(a b)]}.  You can disable these extra parentheses
21138 (to make the output less cluttered at the expense of allowing some
21139 ambiguity) by adding the letter @code{P} to the control string you
21140 give to @kbd{v ]} (as described above).
21142 @kindex V .
21143 @pindex calc-full-vectors
21144 The @kbd{v .} (@code{calc-full-vectors}) command turns abbreviated
21145 display of long vectors on and off.  In this mode, vectors of six
21146 or more elements, or matrices of six or more rows or columns, will
21147 be displayed in an abbreviated form that displays only the first
21148 three elements and the last element:  @samp{[a, b, c, ..., z]}.
21149 When very large vectors are involved this will substantially
21150 improve Calc's display speed.
21152 @kindex t .
21153 @pindex calc-full-trail-vectors
21154 The @kbd{t .} (@code{calc-full-trail-vectors}) command controls a
21155 similar mode for recording vectors in the Trail.  If you turn on
21156 this mode, vectors of six or more elements and matrices of six or
21157 more rows or columns will be abbreviated when they are put in the
21158 Trail.  The @kbd{t y} (@code{calc-trail-yank}) command will be
21159 unable to recover those vectors.  If you are working with very
21160 large vectors, this mode will improve the speed of all operations
21161 that involve the trail.
21163 @kindex V /
21164 @pindex calc-break-vectors
21165 The @kbd{v /} (@code{calc-break-vectors}) command turns multi-line
21166 vector display on and off.  Normally, matrices are displayed with one
21167 row per line but all other types of vectors are displayed in a single
21168 line.  This mode causes all vectors, whether matrices or not, to be
21169 displayed with a single element per line.  Sub-vectors within the
21170 vectors will still use the normal linear form.
21172 @node Algebra, Units, Matrix Functions, Top
21173 @chapter Algebra
21175 @noindent
21176 This section covers the Calc features that help you work with
21177 algebraic formulas.  First, the general sub-formula selection
21178 mechanism is described; this works in conjunction with any Calc
21179 commands.  Then, commands for specific algebraic operations are
21180 described.  Finally, the flexible @dfn{rewrite rule} mechanism
21181 is discussed.
21183 The algebraic commands use the @kbd{a} key prefix; selection
21184 commands use the @kbd{j} (for ``just a letter that wasn't used
21185 for anything else'') prefix.
21187 @xref{Editing Stack Entries}, to see how to manipulate formulas
21188 using regular Emacs editing commands.
21190 When doing algebraic work, you may find several of the Calculator's
21191 modes to be helpful, including Algebraic Simplification mode (@kbd{m A})
21192 or No-Simplification mode (@kbd{m O}),
21193 Algebraic entry mode (@kbd{m a}), Fraction mode (@kbd{m f}), and
21194 Symbolic mode (@kbd{m s}).  @xref{Mode Settings}, for discussions
21195 of these modes.  You may also wish to select Big display mode (@kbd{d B}).
21196 @xref{Normal Language Modes}.
21198 @menu
21199 * Selecting Subformulas::
21200 * Algebraic Manipulation::
21201 * Simplifying Formulas::
21202 * Polynomials::
21203 * Calculus::
21204 * Solving Equations::
21205 * Numerical Solutions::
21206 * Curve Fitting::
21207 * Summations::
21208 * Logical Operations::
21209 * Rewrite Rules::
21210 @end menu
21212 @node Selecting Subformulas, Algebraic Manipulation, Algebra, Algebra
21213 @section Selecting Sub-Formulas
21215 @noindent
21216 @cindex Selections
21217 @cindex Sub-formulas
21218 @cindex Parts of formulas
21219 When working with an algebraic formula it is often necessary to
21220 manipulate a portion of the formula rather than the formula as a
21221 whole.  Calc allows you to ``select'' a portion of any formula on
21222 the stack.  Commands which would normally operate on that stack
21223 entry will now operate only on the sub-formula, leaving the
21224 surrounding part of the stack entry alone.
21226 One common non-algebraic use for selection involves vectors.  To work
21227 on one element of a vector in-place, simply select that element as a
21228 ``sub-formula'' of the vector.
21230 @menu
21231 * Making Selections::
21232 * Changing Selections::
21233 * Displaying Selections::
21234 * Operating on Selections::
21235 * Rearranging with Selections::
21236 @end menu
21238 @node Making Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas, Selecting Subformulas
21239 @subsection Making Selections
21241 @noindent
21242 @kindex j s
21243 @pindex calc-select-here
21244 To select a sub-formula, move the Emacs cursor to any character in that
21245 sub-formula, and press @w{@kbd{j s}} (@code{calc-select-here}).  Calc will
21246 highlight the smallest portion of the formula that contains that
21247 character.  By default the sub-formula is highlighted by blanking out
21248 all of the rest of the formula with dots.  Selection works in any
21249 display mode but is perhaps easiest in Big mode (@kbd{d B}).
21250 Suppose you enter the following formula:
21252 @smallexample
21253 @group
21254            3    ___
21255     (a + b)  + V c
21256 1:  ---------------
21257         2 x + 1
21258 @end group
21259 @end smallexample
21261 @noindent
21262 (by typing @kbd{' ((a+b)^3 + sqrt(c)) / (2x+1)}).  If you move the
21263 cursor to the letter @samp{b} and press @w{@kbd{j s}}, the display changes
21266 @smallexample
21267 @group
21268            .    ...
21269     .. . b.  . . .
21270 1*  ...............
21271         . . . .
21272 @end group
21273 @end smallexample
21275 @noindent
21276 Every character not part of the sub-formula @samp{b} has been changed
21277 to a dot.  The @samp{*} next to the line number is to remind you that
21278 the formula has a portion of it selected.  (In this case, it's very
21279 obvious, but it might not always be.  If Embedded mode is enabled,
21280 the word @samp{Sel} also appears in the mode line because the stack
21281 may not be visible.  @pxref{Embedded Mode}.)
21283 If you had instead placed the cursor on the parenthesis immediately to
21284 the right of the @samp{b}, the selection would have been:
21286 @smallexample
21287 @group
21288            .    ...
21289     (a + b)  . . .
21290 1*  ...............
21291         . . . .
21292 @end group
21293 @end smallexample
21295 @noindent
21296 The portion selected is always large enough to be considered a complete
21297 formula all by itself, so selecting the parenthesis selects the whole
21298 formula that it encloses.  Putting the cursor on the @samp{+} sign
21299 would have had the same effect.
21301 (Strictly speaking, the Emacs cursor is really the manifestation of
21302 the Emacs ``point,'' which is a position @emph{between} two characters
21303 in the buffer.  So purists would say that Calc selects the smallest
21304 sub-formula which contains the character to the right of ``point.'')
21306 If you supply a numeric prefix argument @var{n}, the selection is
21307 expanded to the @var{n}th enclosing sub-formula.  Thus, positioning
21308 the cursor on the @samp{b} and typing @kbd{C-u 1 j s} will select
21309 @samp{a + b}; typing @kbd{C-u 2 j s} will select @samp{(a + b)^3},
21310 and so on.
21312 If the cursor is not on any part of the formula, or if you give a
21313 numeric prefix that is too large, the entire formula is selected.
21315 If the cursor is on the @samp{.} line that marks the top of the stack
21316 (i.e., its normal ``rest position''), this command selects the entire
21317 formula at stack level 1.  Most selection commands similarly operate
21318 on the formula at the top of the stack if you haven't positioned the
21319 cursor on any stack entry.
21321 @kindex j a
21322 @pindex calc-select-additional
21323 The @kbd{j a} (@code{calc-select-additional}) command enlarges the
21324 current selection to encompass the cursor.  To select the smallest
21325 sub-formula defined by two different points, move to the first and
21326 press @kbd{j s}, then move to the other and press @kbd{j a}.  This
21327 is roughly analogous to using @kbd{C-@@} (@code{set-mark-command}) to
21328 select the two ends of a region of text during normal Emacs editing.
21330 @kindex j o
21331 @pindex calc-select-once
21332 The @kbd{j o} (@code{calc-select-once}) command selects a formula in
21333 exactly the same way as @kbd{j s}, except that the selection will
21334 last only as long as the next command that uses it.  For example,
21335 @kbd{j o 1 +} is a handy way to add one to the sub-formula indicated
21336 by the cursor.
21338 (A somewhat more precise definition: The @kbd{j o} command sets a flag
21339 such that the next command involving selected stack entries will clear
21340 the selections on those stack entries afterwards.  All other selection
21341 commands except @kbd{j a} and @kbd{j O} clear this flag.)
21343 @kindex j S
21344 @kindex j O
21345 @pindex calc-select-here-maybe
21346 @pindex calc-select-once-maybe
21347 The @kbd{j S} (@code{calc-select-here-maybe}) and @kbd{j O}
21348 (@code{calc-select-once-maybe}) commands are equivalent to @kbd{j s}
21349 and @kbd{j o}, respectively, except that if the formula already
21350 has a selection they have no effect.  This is analogous to the
21351 behavior of some commands such as @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection};
21352 @pxref{Selections with Rewrite Rules}) and is mainly intended to be
21353 used in keyboard macros that implement your own selection-oriented
21354 commands.
21356 Selection of sub-formulas normally treats associative terms like
21357 @samp{a + b - c + d} and @samp{x * y * z} as single levels of the formula.
21358 If you place the cursor anywhere inside @samp{a + b - c + d} except
21359 on one of the variable names and use @kbd{j s}, you will select the
21360 entire four-term sum.
21362 @kindex j b
21363 @pindex calc-break-selections
21364 The @kbd{j b} (@code{calc-break-selections}) command controls a mode
21365 in which the ``deep structure'' of these associative formulas shows
21366 through.  Calc actually stores the above formulas as 
21367 @samp{((a + b) - c) + d} and @samp{x * (y * z)}.  (Note that for certain 
21368 obscure reasons, by default Calc treats multiplication as
21369 right-associative.)  Once you have enabled @kbd{j b} mode, selecting
21370 with the cursor on the @samp{-} sign would only select the @samp{a + b -
21371 c} portion, which makes sense when the deep structure of the sum is
21372 considered.  There is no way to select the @samp{b - c + d} portion;
21373 although this might initially look like just as legitimate a sub-formula
21374 as @samp{a + b - c}, the deep structure shows that it isn't.  The @kbd{d
21375 U} command can be used to view the deep structure of any formula
21376 (@pxref{Normal Language Modes}).
21378 When @kbd{j b} mode has not been enabled, the deep structure is
21379 generally hidden by the selection commands---what you see is what
21380 you get.
21382 @kindex j u
21383 @pindex calc-unselect
21384 The @kbd{j u} (@code{calc-unselect}) command unselects the formula
21385 that the cursor is on.  If there was no selection in the formula,
21386 this command has no effect.  With a numeric prefix argument, it
21387 unselects the @var{n}th stack element rather than using the cursor
21388 position.
21390 @kindex j c
21391 @pindex calc-clear-selections
21392 The @kbd{j c} (@code{calc-clear-selections}) command unselects all
21393 stack elements.
21395 @node Changing Selections, Displaying Selections, Making Selections, Selecting Subformulas
21396 @subsection Changing Selections
21398 @noindent
21399 @kindex j m
21400 @pindex calc-select-more
21401 Once you have selected a sub-formula, you can expand it using the
21402 @w{@kbd{j m}} (@code{calc-select-more}) command.  If @samp{a + b} is
21403 selected, pressing @w{@kbd{j m}} repeatedly works as follows:
21405 @smallexample
21406 @group
21407            3    ...                3    ___                3    ___
21408     (a + b)  . . .          (a + b)  + V c          (a + b)  + V c
21409 1*  ...............     1*  ...............     1*  ---------------
21410         . . . .                 . . . .                 2 x + 1
21411 @end group
21412 @end smallexample
21414 @noindent
21415 In the last example, the entire formula is selected.  This is roughly
21416 the same as having no selection at all, but because there are subtle
21417 differences the @samp{*} character is still there on the line number.
21419 With a numeric prefix argument @var{n}, @kbd{j m} expands @var{n}
21420 times (or until the entire formula is selected).  Note that @kbd{j s}
21421 with argument @var{n} is equivalent to plain @kbd{j s} followed by
21422 @kbd{j m} with argument @var{n}.  If @w{@kbd{j m}} is used when there
21423 is no current selection, it is equivalent to @w{@kbd{j s}}.
21425 Even though @kbd{j m} does not explicitly use the location of the
21426 cursor within the formula, it nevertheless uses the cursor to determine
21427 which stack element to operate on.  As usual, @kbd{j m} when the cursor
21428 is not on any stack element operates on the top stack element.
21430 @kindex j l
21431 @pindex calc-select-less
21432 The @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) command reduces the current
21433 selection around the cursor position.  That is, it selects the
21434 immediate sub-formula of the current selection which contains the
21435 cursor, the opposite of @kbd{j m}.  If the cursor is not inside the
21436 current selection, the command de-selects the formula.
21438 @kindex j 1-9
21439 @pindex calc-select-part
21440 The @kbd{j 1} through @kbd{j 9} (@code{calc-select-part}) commands
21441 select the @var{n}th sub-formula of the current selection.  They are
21442 like @kbd{j l} (@code{calc-select-less}) except they use counting
21443 rather than the cursor position to decide which sub-formula to select.
21444 For example, if the current selection is @kbd{a + b + c} or
21445 @kbd{f(a, b, c)} or @kbd{[a, b, c]}, then @kbd{j 1} selects @samp{a},
21446 @kbd{j 2} selects @samp{b}, and @kbd{j 3} selects @samp{c}; in each of
21447 these cases, @kbd{j 4} through @kbd{j 9} would be errors.
21449 If there is no current selection, @kbd{j 1} through @kbd{j 9} select
21450 the @var{n}th top-level sub-formula.  (In other words, they act as if
21451 the entire stack entry were selected first.)  To select the @var{n}th
21452 sub-formula where @var{n} is greater than nine, you must instead invoke
21453 @w{@kbd{j 1}} with @var{n} as a numeric prefix argument.
21455 @kindex j n
21456 @kindex j p
21457 @pindex calc-select-next
21458 @pindex calc-select-previous
21459 The @kbd{j n} (@code{calc-select-next}) and @kbd{j p}
21460 (@code{calc-select-previous}) commands change the current selection
21461 to the next or previous sub-formula at the same level.  For example,
21462 if @samp{b} is selected in @w{@samp{2 + a*b*c + x}}, then @kbd{j n}
21463 selects @samp{c}.  Further @kbd{j n} commands would be in error because,
21464 even though there is something to the right of @samp{c} (namely, @samp{x}),
21465 it is not at the same level; in this case, it is not a term of the
21466 same product as @samp{b} and @samp{c}.  However, @kbd{j m} (to select
21467 the whole product @samp{a*b*c} as a term of the sum) followed by
21468 @w{@kbd{j n}} would successfully select the @samp{x}.
21470 Similarly, @kbd{j p} moves the selection from the @samp{b} in this
21471 sample formula to the @samp{a}.  Both commands accept numeric prefix
21472 arguments to move several steps at a time.
21474 It is interesting to compare Calc's selection commands with the
21475 Emacs Info system's commands for navigating through hierarchically
21476 organized documentation.  Calc's @kbd{j n} command is completely
21477 analogous to Info's @kbd{n} command.  Likewise, @kbd{j p} maps to
21478 @kbd{p}, @kbd{j 2} maps to @kbd{2}, and Info's @kbd{u} is like @kbd{j m}.
21479 (Note that @kbd{j u} stands for @code{calc-unselect}, not ``up''.)
21480 The Info @kbd{m} command is somewhat similar to Calc's @kbd{j s} and
21481 @kbd{j l}; in each case, you can jump directly to a sub-component
21482 of the hierarchy simply by pointing to it with the cursor.
21484 @node Displaying Selections, Operating on Selections, Changing Selections, Selecting Subformulas
21485 @subsection Displaying Selections
21487 @noindent
21488 @kindex j d
21489 @pindex calc-show-selections
21490 The @kbd{j d} (@code{calc-show-selections}) command controls how
21491 selected sub-formulas are displayed.  One of the alternatives is
21492 illustrated in the above examples; if we press @kbd{j d} we switch
21493 to the other style in which the selected portion itself is obscured
21494 by @samp{#} signs:
21496 @smallexample
21497 @group
21498            3    ...                  #    ___
21499     (a + b)  . . .            ## # ##  + V c
21500 1*  ...............       1*  ---------------
21501         . . . .                   2 x + 1
21502 @end group
21503 @end smallexample
21505 @node Operating on Selections, Rearranging with Selections, Displaying Selections, Selecting Subformulas
21506 @subsection Operating on Selections
21508 @noindent
21509 Once a selection is made, all Calc commands that manipulate items
21510 on the stack will operate on the selected portions of the items
21511 instead.  (Note that several stack elements may have selections
21512 at once, though there can be only one selection at a time in any
21513 given stack element.)
21515 @kindex j e
21516 @pindex calc-enable-selections
21517 The @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command disables the
21518 effect that selections have on Calc commands.  The current selections
21519 still exist, but Calc commands operate on whole stack elements anyway.
21520 This mode can be identified by the fact that the @samp{*} markers on
21521 the line numbers are gone, even though selections are visible.  To
21522 reactivate the selections, press @kbd{j e} again.
21524 To extract a sub-formula as a new formula, simply select the
21525 sub-formula and press @key{RET}.  This normally duplicates the top
21526 stack element; here it duplicates only the selected portion of that
21527 element.
21529 To replace a sub-formula with something different, you can enter the
21530 new value onto the stack and press @key{TAB}.  This normally exchanges
21531 the top two stack elements; here it swaps the value you entered into
21532 the selected portion of the formula, returning the old selected
21533 portion to the top of the stack.
21535 @smallexample
21536 @group
21537            3    ...                    ...                    ___
21538     (a + b)  . . .           17 x y . . .           17 x y + V c
21539 2*  ...............      2*  .............      2:  -------------
21540         . . . .                 . . . .                2 x + 1
21542                                     3                      3
21543 1:  17 x y               1:  (a + b)            1:  (a + b)
21544 @end group
21545 @end smallexample
21547 In this example we select a sub-formula of our original example,
21548 enter a new formula, @key{TAB} it into place, then deselect to see
21549 the complete, edited formula.
21551 If you want to swap whole formulas around even though they contain
21552 selections, just use @kbd{j e} before and after.
21554 @kindex j '
21555 @pindex calc-enter-selection
21556 The @kbd{j '} (@code{calc-enter-selection}) command is another way
21557 to replace a selected sub-formula.  This command does an algebraic
21558 entry just like the regular @kbd{'} key.  When you press @key{RET},
21559 the formula you type replaces the original selection.  You can use
21560 the @samp{$} symbol in the formula to refer to the original
21561 selection.  If there is no selection in the formula under the cursor,
21562 the cursor is used to make a temporary selection for the purposes of
21563 the command.  Thus, to change a term of a formula, all you have to
21564 do is move the Emacs cursor to that term and press @kbd{j '}.
21566 @kindex j `
21567 @pindex calc-edit-selection
21568 The @kbd{j `} (@code{calc-edit-selection}) command is a similar
21569 analogue of the @kbd{`} (@code{calc-edit}) command.  It edits the
21570 selected sub-formula in a separate buffer.  If there is no
21571 selection, it edits the sub-formula indicated by the cursor.
21573 To delete a sub-formula, press @key{DEL}.  This generally replaces
21574 the sub-formula with the constant zero, but in a few suitable contexts
21575 it uses the constant one instead.  The @key{DEL} key automatically
21576 deselects and re-simplifies the entire formula afterwards.  Thus:
21578 @smallexample
21579 @group
21580               ###
21581     17 x y + # #          17 x y         17 # y          17 y
21582 1*  -------------     1:  -------    1*  -------    1:  -------
21583        2 x + 1            2 x + 1        2 x + 1        2 x + 1
21584 @end group
21585 @end smallexample
21587 In this example, we first delete the @samp{sqrt(c)} term; Calc
21588 accomplishes this by replacing @samp{sqrt(c)} with zero and
21589 resimplifying.  We then delete the @kbd{x} in the numerator;
21590 since this is part of a product, Calc replaces it with @samp{1}
21591 and resimplifies.
21593 If you select an element of a vector and press @key{DEL}, that
21594 element is deleted from the vector.  If you delete one side of
21595 an equation or inequality, only the opposite side remains.
21597 @kindex j @key{DEL}
21598 @pindex calc-del-selection
21599 The @kbd{j @key{DEL}} (@code{calc-del-selection}) command is like
21600 @key{DEL} but with the auto-selecting behavior of @kbd{j '} and
21601 @kbd{j `}.  It deletes the selected portion of the formula
21602 indicated by the cursor, or, in the absence of a selection, it
21603 deletes the sub-formula indicated by the cursor position.
21605 @kindex j @key{RET}
21606 @pindex calc-grab-selection
21607 (There is also an auto-selecting @kbd{j @key{RET}} (@code{calc-copy-selection})
21608 command.)
21610 Normal arithmetic operations also apply to sub-formulas.  Here we
21611 select the denominator, press @kbd{5 -} to subtract five from the
21612 denominator, press @kbd{n} to negate the denominator, then
21613 press @kbd{Q} to take the square root.
21615 @smallexample
21616 @group
21617      .. .           .. .           .. .             .. .
21618 1*  .......    1*  .......    1*  .......    1*  ..........
21619     2 x + 1        2 x - 4        4 - 2 x         _________
21620                                                  V 4 - 2 x
21621 @end group
21622 @end smallexample
21624 Certain types of operations on selections are not allowed.  For
21625 example, for an arithmetic function like @kbd{-} no more than one of
21626 the arguments may be a selected sub-formula.  (As the above example
21627 shows, the result of the subtraction is spliced back into the argument
21628 which had the selection; if there were more than one selection involved,
21629 this would not be well-defined.)  If you try to subtract two selections,
21630 the command will abort with an error message.
21632 Operations on sub-formulas sometimes leave the formula as a whole
21633 in an ``un-natural'' state.  Consider negating the @samp{2 x} term
21634 of our sample formula by selecting it and pressing @kbd{n}
21635 (@code{calc-change-sign}).
21637 @smallexample
21638 @group
21639        .. .                .. .
21640 1*  ..........      1*  ...........
21641      .........           ..........
21642     . . . 2 x           . . . -2 x
21643 @end group
21644 @end smallexample
21646 Unselecting the sub-formula reveals that the minus sign, which would
21647 normally have cancelled out with the subtraction automatically, has
21648 not been able to do so because the subtraction was not part of the
21649 selected portion.  Pressing @kbd{=} (@code{calc-evaluate}) or doing
21650 any other mathematical operation on the whole formula will cause it
21651 to be simplified.
21653 @smallexample
21654 @group
21655        17 y                17 y
21656 1:  -----------     1:  ----------
21657      __________          _________
21658     V 4 - -2 x          V 4 + 2 x
21659 @end group
21660 @end smallexample
21662 @node Rearranging with Selections,  , Operating on Selections, Selecting Subformulas
21663 @subsection Rearranging Formulas using Selections
21665 @noindent
21666 @kindex j R
21667 @pindex calc-commute-right
21668 The @kbd{j R} (@code{calc-commute-right}) command moves the selected
21669 sub-formula to the right in its surrounding formula.  Generally the
21670 selection is one term of a sum or product; the sum or product is
21671 rearranged according to the commutative laws of algebra.
21673 As with @kbd{j '} and @kbd{j @key{DEL}}, the term under the cursor is used
21674 if there is no selection in the current formula.  All commands described
21675 in this section share this property.  In this example, we place the
21676 cursor on the @samp{a} and type @kbd{j R}, then repeat.
21678 @smallexample
21679 1:  a + b - c          1:  b + a - c          1:  b - c + a
21680 @end smallexample
21682 @noindent
21683 Note that in the final step above, the @samp{a} is switched with
21684 the @samp{c} but the signs are adjusted accordingly.  When moving
21685 terms of sums and products, @kbd{j R} will never change the
21686 mathematical meaning of the formula.
21688 The selected term may also be an element of a vector or an argument
21689 of a function.  The term is exchanged with the one to its right.
21690 In this case, the ``meaning'' of the vector or function may of
21691 course be drastically changed.
21693 @smallexample
21694 1:  [a, b, c]          1:  [b, a, c]          1:  [b, c, a]
21696 1:  f(a, b, c)         1:  f(b, a, c)         1:  f(b, c, a)
21697 @end smallexample
21699 @kindex j L
21700 @pindex calc-commute-left
21701 The @kbd{j L} (@code{calc-commute-left}) command is like @kbd{j R}
21702 except that it swaps the selected term with the one to its left.
21704 With numeric prefix arguments, these commands move the selected
21705 term several steps at a time.  It is an error to try to move a
21706 term left or right past the end of its enclosing formula.
21707 With numeric prefix arguments of zero, these commands move the
21708 selected term as far as possible in the given direction.
21710 @kindex j D
21711 @pindex calc-sel-distribute
21712 The @kbd{j D} (@code{calc-sel-distribute}) command mixes the selected
21713 sum or product into the surrounding formula using the distributive
21714 law.  For example, in @samp{a * (b - c)} with the @samp{b - c}
21715 selected, the result is @samp{a b - a c}.  This also distributes
21716 products or quotients into surrounding powers, and can also do
21717 transformations like @samp{exp(a + b)} to @samp{exp(a) exp(b)},
21718 where @samp{a + b} is the selected term, and @samp{ln(a ^ b)}
21719 to @samp{ln(a) b}, where @samp{a ^ b} is the selected term.
21721 For multiple-term sums or products, @kbd{j D} takes off one term
21722 at a time:  @samp{a * (b + c - d)} goes to @samp{a * (c - d) + a b}
21723 with the @samp{c - d} selected so that you can type @kbd{j D}
21724 repeatedly to expand completely.  The @kbd{j D} command allows a
21725 numeric prefix argument which specifies the maximum number of
21726 times to expand at once; the default is one time only.
21728 @vindex DistribRules
21729 The @kbd{j D} command is implemented using rewrite rules.
21730 @xref{Selections with Rewrite Rules}.  The rules are stored in
21731 the Calc variable @code{DistribRules}.  A convenient way to view
21732 these rules is to use @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) which
21733 displays and edits the stored value of a variable.  Press @kbd{C-c C-c}
21734 to return from editing mode; be careful not to make any actual changes
21735 or else you will affect the behavior of future @kbd{j D} commands!
21737 To extend @kbd{j D} to handle new cases, just edit @code{DistribRules}
21738 as described above.  You can then use the @kbd{s p} command to save
21739 this variable's value permanently for future Calc sessions.
21740 @xref{Operations on Variables}.
21742 @kindex j M
21743 @pindex calc-sel-merge
21744 @vindex MergeRules
21745 The @kbd{j M} (@code{calc-sel-merge}) command is the complement
21746 of @kbd{j D}; given @samp{a b - a c} with either @samp{a b} or
21747 @samp{a c} selected, the result is @samp{a * (b - c)}.  Once
21748 again, @kbd{j M} can also merge calls to functions like @code{exp}
21749 and @code{ln}; examine the variable @code{MergeRules} to see all
21750 the relevant rules.
21752 @kindex j C
21753 @pindex calc-sel-commute
21754 @vindex CommuteRules
21755 The @kbd{j C} (@code{calc-sel-commute}) command swaps the arguments
21756 of the selected sum, product, or equation.  It always behaves as
21757 if @kbd{j b} mode were in effect, i.e., the sum @samp{a + b + c} is
21758 treated as the nested sums @samp{(a + b) + c} by this command.
21759 If you put the cursor on the first @samp{+}, the result is
21760 @samp{(b + a) + c}; if you put the cursor on the second @samp{+}, the
21761 result is @samp{c + (a + b)} (which the default simplifications
21762 will rearrange to @samp{(c + a) + b}).  The relevant rules are stored
21763 in the variable @code{CommuteRules}.
21765 You may need to turn default simplifications off (with the @kbd{m O}
21766 command) in order to get the full benefit of @kbd{j C}.  For example,
21767 commuting @samp{a - b} produces @samp{-b + a}, but the default
21768 simplifications will ``simplify'' this right back to @samp{a - b} if
21769 you don't turn them off.  The same is true of some of the other
21770 manipulations described in this section.
21772 @kindex j N
21773 @pindex calc-sel-negate
21774 @vindex NegateRules
21775 The @kbd{j N} (@code{calc-sel-negate}) command replaces the selected
21776 term with the negative of that term, then adjusts the surrounding
21777 formula in order to preserve the meaning.  For example, given
21778 @samp{exp(a - b)} where @samp{a - b} is selected, the result is
21779 @samp{1 / exp(b - a)}.  By contrast, selecting a term and using the
21780 regular @kbd{n} (@code{calc-change-sign}) command negates the
21781 term without adjusting the surroundings, thus changing the meaning
21782 of the formula as a whole.  The rules variable is @code{NegateRules}.
21784 @kindex j &
21785 @pindex calc-sel-invert
21786 @vindex InvertRules
21787 The @kbd{j &} (@code{calc-sel-invert}) command is similar to @kbd{j N}
21788 except it takes the reciprocal of the selected term.  For example,
21789 given @samp{a - ln(b)} with @samp{b} selected, the result is
21790 @samp{a + ln(1/b)}.  The rules variable is @code{InvertRules}.
21792 @kindex j E
21793 @pindex calc-sel-jump-equals
21794 @vindex JumpRules
21795 The @kbd{j E} (@code{calc-sel-jump-equals}) command moves the
21796 selected term from one side of an equation to the other.  Given
21797 @samp{a + b = c + d} with @samp{c} selected, the result is
21798 @samp{a + b - c = d}.  This command also works if the selected
21799 term is part of a @samp{*}, @samp{/}, or @samp{^} formula.  The
21800 relevant rules variable is @code{JumpRules}.
21802 @kindex j I
21803 @kindex H j I
21804 @pindex calc-sel-isolate
21805 The @kbd{j I} (@code{calc-sel-isolate}) command isolates the
21806 selected term on its side of an equation.  It uses the @kbd{a S}
21807 (@code{calc-solve-for}) command to solve the equation, and the
21808 Hyperbolic flag affects it in the same way.  @xref{Solving Equations}.
21809 When it applies, @kbd{j I} is often easier to use than @kbd{j E}.
21810 It understands more rules of algebra, and works for inequalities
21811 as well as equations.
21813 @kindex j *
21814 @kindex j /
21815 @pindex calc-sel-mult-both-sides
21816 @pindex calc-sel-div-both-sides
21817 The @kbd{j *} (@code{calc-sel-mult-both-sides}) command prompts for a
21818 formula using algebraic entry, then multiplies both sides of the
21819 selected quotient or equation by that formula.  It simplifies each
21820 side with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) before re-forming the
21821 quotient or equation.  You can suppress this simplification by
21822 providing any numeric prefix argument.  There is also a @kbd{j /}
21823 (@code{calc-sel-div-both-sides}) which is similar to @kbd{j *} but
21824 dividing instead of multiplying by the factor you enter.
21826 As a special feature, if the numerator of the quotient is 1, then
21827 the denominator is expanded at the top level using the distributive
21828 law (i.e., using the @kbd{C-u -1 a x} command).  Suppose the
21829 formula on the stack is @samp{1 / (sqrt(a) + 1)}, and you wish
21830 to eliminate the square root in the denominator by multiplying both
21831 sides by @samp{sqrt(a) - 1}.  Calc's default simplifications would
21832 change the result @samp{(sqrt(a) - 1) / (sqrt(a) - 1) (sqrt(a) + 1)}
21833 right back to the original form by cancellation; Calc expands the
21834 denominator to @samp{sqrt(a) (sqrt(a) - 1) + sqrt(a) - 1} to prevent
21835 this.  (You would now want to use an @kbd{a x} command to expand
21836 the rest of the way, whereupon the denominator would cancel out to
21837 the desired form, @samp{a - 1}.)  When the numerator is not 1, this
21838 initial expansion is not necessary because Calc's default
21839 simplifications will not notice the potential cancellation.
21841 If the selection is an inequality, @kbd{j *} and @kbd{j /} will
21842 accept any factor, but will warn unless they can prove the factor
21843 is either positive or negative.  (In the latter case the direction
21844 of the inequality will be switched appropriately.)  @xref{Declarations},
21845 for ways to inform Calc that a given variable is positive or
21846 negative.  If Calc can't tell for sure what the sign of the factor
21847 will be, it will assume it is positive and display a warning
21848 message.
21850 For selections that are not quotients, equations, or inequalities,
21851 these commands pull out a multiplicative factor:  They divide (or
21852 multiply) by the entered formula, simplify, then multiply (or divide)
21853 back by the formula.
21855 @kindex j +
21856 @kindex j -
21857 @pindex calc-sel-add-both-sides
21858 @pindex calc-sel-sub-both-sides
21859 The @kbd{j +} (@code{calc-sel-add-both-sides}) and @kbd{j -}
21860 (@code{calc-sel-sub-both-sides}) commands analogously add to or
21861 subtract from both sides of an equation or inequality.  For other
21862 types of selections, they extract an additive factor.  A numeric
21863 prefix argument suppresses simplification of the intermediate
21864 results.
21866 @kindex j U
21867 @pindex calc-sel-unpack
21868 The @kbd{j U} (@code{calc-sel-unpack}) command replaces the
21869 selected function call with its argument.  For example, given
21870 @samp{a + sin(x^2)} with @samp{sin(x^2)} selected, the result
21871 is @samp{a + x^2}.  (The @samp{x^2} will remain selected; if you
21872 wanted to change the @code{sin} to @code{cos}, just press @kbd{C}
21873 now to take the cosine of the selected part.)
21875 @kindex j v
21876 @pindex calc-sel-evaluate
21877 The @kbd{j v} (@code{calc-sel-evaluate}) command performs the
21878 normal default simplifications on the selected sub-formula.
21879 These are the simplifications that are normally done automatically
21880 on all results, but which may have been partially inhibited by
21881 previous selection-related operations, or turned off altogether
21882 by the @kbd{m O} command.  This command is just an auto-selecting
21883 version of the @w{@kbd{a v}} command (@pxref{Algebraic Manipulation}).
21885 With a numeric prefix argument of 2, @kbd{C-u 2 j v} applies
21886 the @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) command to the selected
21887 sub-formula.  With a prefix argument of 3 or more, e.g., @kbd{C-u j v}
21888 applies the @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) command.
21889 @xref{Simplifying Formulas}.  With a negative prefix argument
21890 it simplifies at the top level only, just as with @kbd{a v}.
21891 Here the ``top'' level refers to the top level of the selected
21892 sub-formula.
21894 @kindex j "
21895 @pindex calc-sel-expand-formula
21896 The @kbd{j "} (@code{calc-sel-expand-formula}) command is to @kbd{a "}
21897 (@pxref{Algebraic Manipulation}) what @kbd{j v} is to @kbd{a v}.
21899 You can use the @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command
21900 to define other algebraic operations on sub-formulas.  @xref{Rewrite Rules}.
21902 @node Algebraic Manipulation, Simplifying Formulas, Selecting Subformulas, Algebra
21903 @section Algebraic Manipulation
21905 @noindent
21906 The commands in this section perform general-purpose algebraic
21907 manipulations.  They work on the whole formula at the top of the
21908 stack (unless, of course, you have made a selection in that
21909 formula).
21911 Many algebra commands prompt for a variable name or formula.  If you
21912 answer the prompt with a blank line, the variable or formula is taken
21913 from top-of-stack, and the normal argument for the command is taken
21914 from the second-to-top stack level.
21916 @kindex a v
21917 @pindex calc-alg-evaluate
21918 The @kbd{a v} (@code{calc-alg-evaluate}) command performs the normal
21919 default simplifications on a formula; for example, @samp{a - -b} is
21920 changed to @samp{a + b}.  These simplifications are normally done
21921 automatically on all Calc results, so this command is useful only if
21922 you have turned default simplifications off with an @kbd{m O}
21923 command.  @xref{Simplification Modes}.
21925 It is often more convenient to type @kbd{=}, which is like @kbd{a v}
21926 but which also substitutes stored values for variables in the formula.
21927 Use @kbd{a v} if you want the variables to ignore their stored values.
21929 If you give a numeric prefix argument of 2 to @kbd{a v}, it simplifies
21930 as if in Algebraic Simplification mode.  This is equivalent to typing
21931 @kbd{a s}; @pxref{Simplifying Formulas}.  If you give a numeric prefix
21932 of 3 or more, it uses Extended Simplification mode (@kbd{a e}).
21934 If you give a negative prefix argument @mathit{-1}, @mathit{-2}, or @mathit{-3},
21935 it simplifies in the corresponding mode but only works on the top-level
21936 function call of the formula.  For example, @samp{(2 + 3) * (2 + 3)} will
21937 simplify to @samp{(2 + 3)^2}, without simplifying the sub-formulas
21938 @samp{2 + 3}.  As another example, typing @kbd{V R +} to sum the vector
21939 @samp{[1, 2, 3, 4]} produces the formula @samp{reduce(add, [1, 2, 3, 4])}
21940 in No-Simplify mode.  Using @kbd{a v} will evaluate this all the way to
21941 10; using @kbd{C-u - a v} will evaluate it only to @samp{1 + 2 + 3 + 4}.
21942 (@xref{Reducing and Mapping}.)
21944 @tindex evalv
21945 @tindex evalvn
21946 The @kbd{=} command corresponds to the @code{evalv} function, and
21947 the related @kbd{N} command, which is like @kbd{=} but temporarily
21948 disables Symbolic mode (@kbd{m s}) during the evaluation, corresponds
21949 to the @code{evalvn} function.  (These commands interpret their prefix
21950 arguments differently than @kbd{a v}; @kbd{=} treats the prefix as
21951 the number of stack elements to evaluate at once, and @kbd{N} treats
21952 it as a temporary different working precision.)
21954 The @code{evalvn} function can take an alternate working precision
21955 as an optional second argument.  This argument can be either an
21956 integer, to set the precision absolutely, or a vector containing
21957 a single integer, to adjust the precision relative to the current
21958 precision.  Note that @code{evalvn} with a larger than current
21959 precision will do the calculation at this higher precision, but the
21960 result will as usual be rounded back down to the current precision
21961 afterward.  For example, @samp{evalvn(pi - 3.1415)} at a precision
21962 of 12 will return @samp{9.265359e-5}; @samp{evalvn(pi - 3.1415, 30)}
21963 will return @samp{9.26535897932e-5} (computing a 25-digit result which
21964 is then rounded down to 12); and @samp{evalvn(pi - 3.1415, [-2])}
21965 will return @samp{9.2654e-5}.
21967 @kindex a "
21968 @pindex calc-expand-formula
21969 The @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}) command expands functions
21970 into their defining formulas wherever possible.  For example,
21971 @samp{deg(x^2)} is changed to @samp{180 x^2 / pi}.  Most functions,
21972 like @code{sin} and @code{gcd}, are not defined by simple formulas
21973 and so are unaffected by this command.  One important class of
21974 functions which @emph{can} be expanded is the user-defined functions
21975 created by the @kbd{Z F} command.  @xref{Algebraic Definitions}.
21976 Other functions which @kbd{a "} can expand include the probability
21977 distribution functions, most of the financial functions, and the
21978 hyperbolic and inverse hyperbolic functions.  A numeric prefix argument
21979 affects @kbd{a "} in the same way as it does @kbd{a v}:  A positive
21980 argument expands all functions in the formula and then simplifies in
21981 various ways; a negative argument expands and simplifies only the
21982 top-level function call.
21984 @kindex a M
21985 @pindex calc-map-equation
21986 @tindex mapeq
21987 The @kbd{a M} (@code{calc-map-equation}) [@code{mapeq}] command applies
21988 a given function or operator to one or more equations.  It is analogous
21989 to @kbd{V M}, which operates on vectors instead of equations.
21990 @pxref{Reducing and Mapping}.  For example, @kbd{a M S} changes
21991 @samp{x = y+1} to @samp{sin(x) = sin(y+1)}, and @kbd{a M +} with
21992 @samp{x = y+1} and @expr{6} on the stack produces @samp{x+6 = y+7}.
21993 With two equations on the stack, @kbd{a M +} would add the lefthand
21994 sides together and the righthand sides together to get the two
21995 respective sides of a new equation.
21997 Mapping also works on inequalities.  Mapping two similar inequalities
21998 produces another inequality of the same type.  Mapping an inequality
21999 with an equation produces an inequality of the same type.  Mapping a
22000 @samp{<=} with a @samp{<} or @samp{!=} (not-equal) produces a @samp{<}.
22001 If inequalities with opposite direction (e.g., @samp{<} and @samp{>})
22002 are mapped, the direction of the second inequality is reversed to
22003 match the first:  Using @kbd{a M +} on @samp{a < b} and @samp{a > 2}
22004 reverses the latter to get @samp{2 < a}, which then allows the
22005 combination @samp{a + 2 < b + a}, which the @kbd{a s} command can
22006 then simplify to get @samp{2 < b}.
22008 Using @kbd{a M *}, @kbd{a M /}, @kbd{a M n}, or @kbd{a M &} to negate
22009 or invert an inequality will reverse the direction of the inequality.
22010 Other adjustments to inequalities are @emph{not} done automatically;
22011 @kbd{a M S} will change @w{@samp{x < y}} to @samp{sin(x) < sin(y)} even
22012 though this is not true for all values of the variables.
22014 @kindex H a M
22015 @tindex mapeqp
22016 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a M} [@code{mapeqp}] does a plain
22017 mapping operation without reversing the direction of any inequalities.
22018 Thus, @kbd{H a M &} would change @kbd{x > 2} to @kbd{1/x > 0.5}.
22019 (This change is mathematically incorrect, but perhaps you were
22020 fixing an inequality which was already incorrect.)
22022 @kindex I a M
22023 @tindex mapeqr
22024 With the Inverse flag, @kbd{I a M} [@code{mapeqr}] always reverses
22025 the direction of the inequality.  You might use @kbd{I a M C} to
22026 change @samp{x < y} to @samp{cos(x) > cos(y)} if you know you are
22027 working with small positive angles.
22029 @kindex a b
22030 @pindex calc-substitute
22031 @tindex subst
22032 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) [@code{subst}] command substitutes
22033 all occurrences
22034 of some variable or sub-expression of an expression with a new
22035 sub-expression.  For example, substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(y)}
22036 in @samp{2 sin(x)^2 + x sin(x) + sin(2 x)} produces
22037 @samp{2 cos(y)^2 + x cos(y) + @w{sin(2 x)}}.
22038 Note that this is a purely structural substitution; the lone @samp{x} and
22039 the @samp{sin(2 x)} stayed the same because they did not look like
22040 @samp{sin(x)}.  @xref{Rewrite Rules}, for a more general method for
22041 doing substitutions.
22043 The @kbd{a b} command normally prompts for two formulas, the old
22044 one and the new one.  If you enter a blank line for the first
22045 prompt, all three arguments are taken from the stack (new, then old,
22046 then target expression).  If you type an old formula but then enter a
22047 blank line for the new one, the new formula is taken from top-of-stack
22048 and the target from second-to-top.  If you answer both prompts, the
22049 target is taken from top-of-stack as usual.
22051 Note that @kbd{a b} has no understanding of commutativity or
22052 associativity.  The pattern @samp{x+y} will not match the formula
22053 @samp{y+x}.  Also, @samp{y+z} will not match inside the formula @samp{x+y+z}
22054 because the @samp{+} operator is left-associative, so the ``deep
22055 structure'' of that formula is @samp{(x+y) + z}.  Use @kbd{d U}
22056 (@code{calc-unformatted-language}) mode to see the true structure of
22057 a formula.  The rewrite rule mechanism, discussed later, does not have
22058 these limitations.
22060 As an algebraic function, @code{subst} takes three arguments:
22061 Target expression, old, new.  Note that @code{subst} is always
22062 evaluated immediately, even if its arguments are variables, so if
22063 you wish to put a call to @code{subst} onto the stack you must
22064 turn the default simplifications off first (with @kbd{m O}).
22066 @node Simplifying Formulas, Polynomials, Algebraic Manipulation, Algebra
22067 @section Simplifying Formulas
22069 @noindent
22070 @kindex a s
22071 @pindex calc-simplify
22072 @tindex simplify
22073 The @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) [@code{simplify}] command applies
22074 various algebraic rules to simplify a formula.  This includes rules which
22075 are not part of the default simplifications because they may be too slow
22076 to apply all the time, or may not be desirable all of the time.  For
22077 example, non-adjacent terms of sums are combined, as in @samp{a + b + 2 a}
22078 to @samp{b + 3 a}, and some formulas like @samp{sin(arcsin(x))} are
22079 simplified to @samp{x}.
22081 The sections below describe all the various kinds of algebraic
22082 simplifications Calc provides in full detail.  None of Calc's
22083 simplification commands are designed to pull rabbits out of hats;
22084 they simply apply certain specific rules to put formulas into
22085 less redundant or more pleasing forms.  Serious algebra in Calc
22086 must be done manually, usually with a combination of selections
22087 and rewrite rules.  @xref{Rearranging with Selections}.
22088 @xref{Rewrite Rules}.
22090 @xref{Simplification Modes}, for commands to control what level of
22091 simplification occurs automatically.  Normally only the ``default
22092 simplifications'' occur.
22094 @menu
22095 * Default Simplifications::
22096 * Algebraic Simplifications::
22097 * Unsafe Simplifications::
22098 * Simplification of Units::
22099 @end menu
22101 @node Default Simplifications, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas, Simplifying Formulas
22102 @subsection Default Simplifications
22104 @noindent
22105 @cindex Default simplifications
22106 This section describes the ``default simplifications,'' those which are
22107 normally applied to all results.  For example, if you enter the variable
22108 @expr{x} on the stack twice and push @kbd{+}, Calc's default
22109 simplifications automatically change @expr{x + x} to @expr{2 x}.
22111 The @kbd{m O} command turns off the default simplifications, so that
22112 @expr{x + x} will remain in this form unless you give an explicit
22113 ``simplify'' command like @kbd{=} or @kbd{a v}.  @xref{Algebraic
22114 Manipulation}.  The @kbd{m D} command turns the default simplifications
22115 back on.
22117 The most basic default simplification is the evaluation of functions.
22118 For example, @expr{2 + 3} is evaluated to @expr{5}, and @expr{@tfn{sqrt}(9)}
22119 is evaluated to @expr{3}.  Evaluation does not occur if the arguments
22120 to a function are somehow of the wrong type @expr{@tfn{tan}([2,3,4])}),
22121 range (@expr{@tfn{tan}(90)}), or number (@expr{@tfn{tan}(3,5)}), 
22122 or if the function name is not recognized (@expr{@tfn{f}(5)}), or if
22123 Symbolic mode (@pxref{Symbolic Mode}) prevents evaluation
22124 (@expr{@tfn{sqrt}(2)}).
22126 Calc simplifies (evaluates) the arguments to a function before it
22127 simplifies the function itself.  Thus @expr{@tfn{sqrt}(5+4)} is
22128 simplified to @expr{@tfn{sqrt}(9)} before the @code{sqrt} function
22129 itself is applied.  There are very few exceptions to this rule:
22130 @code{quote}, @code{lambda}, and @code{condition} (the @code{::}
22131 operator) do not evaluate their arguments, @code{if} (the @code{? :}
22132 operator) does not evaluate all of its arguments, and @code{evalto}
22133 does not evaluate its lefthand argument.
22135 Most commands apply the default simplifications to all arguments they
22136 take from the stack, perform a particular operation, then simplify
22137 the result before pushing it back on the stack.  In the common special
22138 case of regular arithmetic commands like @kbd{+} and @kbd{Q} [@code{sqrt}],
22139 the arguments are simply popped from the stack and collected into a
22140 suitable function call, which is then simplified (the arguments being
22141 simplified first as part of the process, as described above).
22143 The default simplifications are too numerous to describe completely
22144 here, but this section will describe the ones that apply to the
22145 major arithmetic operators.  This list will be rather technical in
22146 nature, and will probably be interesting to you only if you are
22147 a serious user of Calc's algebra facilities.
22149 @tex
22150 \bigskip
22151 @end tex
22153 As well as the simplifications described here, if you have stored
22154 any rewrite rules in the variable @code{EvalRules} then these rules
22155 will also be applied before any built-in default simplifications.
22156 @xref{Automatic Rewrites}, for details.
22158 @tex
22159 \bigskip
22160 @end tex
22162 And now, on with the default simplifications:
22164 Arithmetic operators like @kbd{+} and @kbd{*} always take two
22165 arguments in Calc's internal form.  Sums and products of three or
22166 more terms are arranged by the associative law of algebra into
22167 a left-associative form for sums, @expr{((a + b) + c) + d}, and
22168 (by default) a right-associative form for products, 
22169 @expr{a * (b * (c * d))}.  Formulas like @expr{(a + b) + (c + d)} are
22170 rearranged to left-associative form, though this rarely matters since
22171 Calc's algebra commands are designed to hide the inner structure of sums
22172 and products as much as possible.  Sums and products in their proper
22173 associative form will be written without parentheses in the examples
22174 below.
22176 Sums and products are @emph{not} rearranged according to the
22177 commutative law (@expr{a + b} to @expr{b + a}) except in a few
22178 special cases described below.  Some algebra programs always
22179 rearrange terms into a canonical order, which enables them to
22180 see that @expr{a b + b a} can be simplified to @expr{2 a b}.
22181 Calc assumes you have put the terms into the order you want
22182 and generally leaves that order alone, with the consequence
22183 that formulas like the above will only be simplified if you
22184 explicitly give the @kbd{a s} command.  @xref{Algebraic
22185 Simplifications}.
22187 Differences @expr{a - b} are treated like sums @expr{a + (-b)}
22188 for purposes of simplification; one of the default simplifications
22189 is to rewrite @expr{a + (-b)} or @expr{(-b) + a}, where @expr{-b}
22190 represents a ``negative-looking'' term, into @expr{a - b} form.
22191 ``Negative-looking'' means negative numbers, negated formulas like
22192 @expr{-x}, and products or quotients in which either term is
22193 negative-looking.
22195 Other simplifications involving negation are @expr{-(-x)} to @expr{x};
22196 @expr{-(a b)} or @expr{-(a/b)} where either @expr{a} or @expr{b} is
22197 negative-looking, simplified by negating that term, or else where
22198 @expr{a} or @expr{b} is any number, by negating that number;
22199 @expr{-(a + b)} to @expr{-a - b}, and @expr{-(b - a)} to @expr{a - b}.
22200 (This, and rewriting @expr{(-b) + a} to @expr{a - b}, are the only
22201 cases where the order of terms in a sum is changed by the default
22202 simplifications.)
22204 The distributive law is used to simplify sums in some cases:
22205 @expr{a x + b x} to @expr{(a + b) x}, where @expr{a} represents
22206 a number or an implicit 1 or @mathit{-1} (as in @expr{x} or @expr{-x})
22207 and similarly for @expr{b}.  Use the @kbd{a c}, @w{@kbd{a f}}, or
22208 @kbd{j M} commands to merge sums with non-numeric coefficients
22209 using the distributive law.
22211 The distributive law is only used for sums of two terms, or
22212 for adjacent terms in a larger sum.  Thus @expr{a + b + b + c}
22213 is simplified to @expr{a + 2 b + c}, but @expr{a + b + c + b}
22214 is not simplified.  The reason is that comparing all terms of a
22215 sum with one another would require time proportional to the
22216 square of the number of terms; Calc relegates potentially slow
22217 operations like this to commands that have to be invoked
22218 explicitly, like @kbd{a s}.
22220 Finally, @expr{a + 0} and @expr{0 + a} are simplified to @expr{a}.
22221 A consequence of the above rules is that @expr{0 - a} is simplified
22222 to @expr{-a}.
22224 @tex
22225 \bigskip
22226 @end tex
22228 The products @expr{1 a} and @expr{a 1} are simplified to @expr{a};
22229 @expr{(-1) a} and @expr{a (-1)} are simplified to @expr{-a};
22230 @expr{0 a} and @expr{a 0} are simplified to @expr{0}, except that
22231 in Matrix mode where @expr{a} is not provably scalar the result
22232 is the generic zero matrix @samp{idn(0)}, and that if @expr{a} is
22233 infinite the result is @samp{nan}.
22235 Also, @expr{(-a) b} and @expr{a (-b)} are simplified to @expr{-(a b)},
22236 where this occurs for negated formulas but not for regular negative
22237 numbers.
22239 Products are commuted only to move numbers to the front:
22240 @expr{a b 2} is commuted to @expr{2 a b}.
22242 The product @expr{a (b + c)} is distributed over the sum only if
22243 @expr{a} and at least one of @expr{b} and @expr{c} are numbers:
22244 @expr{2 (x + 3)} goes to @expr{2 x + 6}.  The formula
22245 @expr{(-a) (b - c)}, where @expr{-a} is a negative number, is
22246 rewritten to @expr{a (c - b)}.
22248 The distributive law of products and powers is used for adjacent
22249 terms of the product: @expr{x^a x^b} goes to 
22250 @texline @math{x^{a+b}}
22251 @infoline @expr{x^(a+b)}
22252 where @expr{a} is a number, or an implicit 1 (as in @expr{x}),
22253 or the implicit one-half of @expr{@tfn{sqrt}(x)}, and similarly for
22254 @expr{b}.  The result is written using @samp{sqrt} or @samp{1/sqrt}
22255 if the sum of the powers is @expr{1/2} or @expr{-1/2}, respectively.
22256 If the sum of the powers is zero, the product is simplified to
22257 @expr{1} or to @samp{idn(1)} if Matrix mode is enabled.
22259 The product of a negative power times anything but another negative
22260 power is changed to use division:  
22261 @texline @math{x^{-2} y}
22262 @infoline @expr{x^(-2) y} 
22263 goes to @expr{y / x^2} unless Matrix mode is
22264 in effect and neither @expr{x} nor @expr{y} are scalar (in which
22265 case it is considered unsafe to rearrange the order of the terms).
22267 Finally, @expr{a (b/c)} is rewritten to @expr{(a b)/c}, and also
22268 @expr{(a/b) c} is changed to @expr{(a c)/b} unless in Matrix mode.
22270 @tex
22271 \bigskip
22272 @end tex
22274 Simplifications for quotients are analogous to those for products.
22275 The quotient @expr{0 / x} is simplified to @expr{0}, with the same
22276 exceptions that were noted for @expr{0 x}.  Likewise, @expr{x / 1}
22277 and @expr{x / (-1)} are simplified to @expr{x} and @expr{-x},
22278 respectively.
22280 The quotient @expr{x / 0} is left unsimplified or changed to an
22281 infinite quantity, as directed by the current infinite mode.
22282 @xref{Infinite Mode}.
22284 The expression 
22285 @texline @math{a / b^{-c}}
22286 @infoline @expr{a / b^(-c)} 
22287 is changed to @expr{a b^c}, where @expr{-c} is any negative-looking
22288 power.  Also, @expr{1 / b^c} is changed to 
22289 @texline @math{b^{-c}}
22290 @infoline @expr{b^(-c)} 
22291 for any power @expr{c}.
22293 Also, @expr{(-a) / b} and @expr{a / (-b)} go to @expr{-(a/b)};
22294 @expr{(a/b) / c} goes to @expr{a / (b c)}; and @expr{a / (b/c)}
22295 goes to @expr{(a c) / b} unless Matrix mode prevents this
22296 rearrangement.  Similarly, @expr{a / (b:c)} is simplified to
22297 @expr{(c:b) a} for any fraction @expr{b:c}.
22299 The distributive law is applied to @expr{(a + b) / c} only if
22300 @expr{c} and at least one of @expr{a} and @expr{b} are numbers.
22301 Quotients of powers and square roots are distributed just as
22302 described for multiplication.
22304 Quotients of products cancel only in the leading terms of the
22305 numerator and denominator.  In other words, @expr{a x b / a y b}
22306 is cancelled to @expr{x b / y b} but not to @expr{x / y}.  Once
22307 again this is because full cancellation can be slow; use @kbd{a s}
22308 to cancel all terms of the quotient.
22310 Quotients of negative-looking values are simplified according
22311 to @expr{(-a) / (-b)} to @expr{a / b}, @expr{(-a) / (b - c)}
22312 to @expr{a / (c - b)}, and @expr{(a - b) / (-c)} to @expr{(b - a) / c}.
22314 @tex
22315 \bigskip
22316 @end tex
22318 The formula @expr{x^0} is simplified to @expr{1}, or to @samp{idn(1)}
22319 in Matrix mode.  The formula @expr{0^x} is simplified to @expr{0}
22320 unless @expr{x} is a negative number, complex number or zero.
22321 If @expr{x} is negative, complex or @expr{0.0}, @expr{0^x} is an
22322 infinity or an unsimplified formula according to the current infinite
22323 mode.  The expression @expr{0^0} is simplified to @expr{1}.
22325 Powers of products or quotients @expr{(a b)^c}, @expr{(a/b)^c}
22326 are distributed to @expr{a^c b^c}, @expr{a^c / b^c} only if @expr{c}
22327 is an integer, or if either @expr{a} or @expr{b} are nonnegative
22328 real numbers.  Powers of powers @expr{(a^b)^c} are simplified to
22329 @texline @math{a^{b c}}
22330 @infoline @expr{a^(b c)} 
22331 only when @expr{c} is an integer and @expr{b c} also
22332 evaluates to an integer.  Without these restrictions these simplifications
22333 would not be safe because of problems with principal values.
22334 (In other words, 
22335 @texline @math{((-3)^{1/2})^2}
22336 @infoline @expr{((-3)^1:2)^2} 
22337 is safe to simplify, but
22338 @texline @math{((-3)^2)^{1/2}}
22339 @infoline @expr{((-3)^2)^1:2} 
22340 is not.)  @xref{Declarations}, for ways to inform Calc that your
22341 variables satisfy these requirements.
22343 As a special case of this rule, @expr{@tfn{sqrt}(x)^n} is simplified to
22344 @texline @math{x^{n/2}}
22345 @infoline @expr{x^(n/2)} 
22346 only for even integers @expr{n}.
22348 If @expr{a} is known to be real, @expr{b} is an even integer, and
22349 @expr{c} is a half- or quarter-integer, then @expr{(a^b)^c} is
22350 simplified to @expr{@tfn{abs}(a^(b c))}.
22352 Also, @expr{(-a)^b} is simplified to @expr{a^b} if @expr{b} is an
22353 even integer, or to @expr{-(a^b)} if @expr{b} is an odd integer,
22354 for any negative-looking expression @expr{-a}.
22356 Square roots @expr{@tfn{sqrt}(x)} generally act like one-half powers
22357 @texline @math{x^{1:2}}
22358 @infoline @expr{x^1:2} 
22359 for the purposes of the above-listed simplifications.
22361 Also, note that 
22362 @texline @math{1 / x^{1:2}}
22363 @infoline @expr{1 / x^1:2} 
22364 is changed to 
22365 @texline @math{x^{-1:2}},
22366 @infoline @expr{x^(-1:2)},
22367 but @expr{1 / @tfn{sqrt}(x)} is left alone.
22369 @tex
22370 \bigskip
22371 @end tex
22373 Generic identity matrices (@pxref{Matrix Mode}) are simplified by the
22374 following rules:  @expr{@tfn{idn}(a) + b} to @expr{a + b} if @expr{b}
22375 is provably scalar, or expanded out if @expr{b} is a matrix;
22376 @expr{@tfn{idn}(a) + @tfn{idn}(b)} to @expr{@tfn{idn}(a + b)}; 
22377 @expr{-@tfn{idn}(a)} to @expr{@tfn{idn}(-a)}; @expr{a @tfn{idn}(b)} to 
22378 @expr{@tfn{idn}(a b)} if @expr{a} is provably scalar, or to @expr{a b} 
22379 if @expr{a} is provably non-scalar;  @expr{@tfn{idn}(a) @tfn{idn}(b)} to
22380 @expr{@tfn{idn}(a b)}; analogous simplifications for quotients involving
22381 @code{idn}; and @expr{@tfn{idn}(a)^n} to @expr{@tfn{idn}(a^n)} where
22382 @expr{n} is an integer.
22384 @tex
22385 \bigskip
22386 @end tex
22388 The @code{floor} function and other integer truncation functions
22389 vanish if the argument is provably integer-valued, so that
22390 @expr{@tfn{floor}(@tfn{round}(x))} simplifies to @expr{@tfn{round}(x)}.
22391 Also, combinations of @code{float}, @code{floor} and its friends,
22392 and @code{ffloor} and its friends, are simplified in appropriate
22393 ways.  @xref{Integer Truncation}.
22395 The expression @expr{@tfn{abs}(-x)} changes to @expr{@tfn{abs}(x)}.
22396 The expression @expr{@tfn{abs}(@tfn{abs}(x))} changes to
22397 @expr{@tfn{abs}(x)};  in fact, @expr{@tfn{abs}(x)} changes to @expr{x} or
22398 @expr{-x} if @expr{x} is provably nonnegative or nonpositive
22399 (@pxref{Declarations}). 
22401 While most functions do not recognize the variable @code{i} as an
22402 imaginary number, the @code{arg} function does handle the two cases
22403 @expr{@tfn{arg}(@tfn{i})} and @expr{@tfn{arg}(-@tfn{i})} just for convenience.
22405 The expression @expr{@tfn{conj}(@tfn{conj}(x))} simplifies to @expr{x}.
22406 Various other expressions involving @code{conj}, @code{re}, and
22407 @code{im} are simplified, especially if some of the arguments are
22408 provably real or involve the constant @code{i}.  For example,
22409 @expr{@tfn{conj}(a + b i)} is changed to 
22410 @expr{@tfn{conj}(a) - @tfn{conj}(b) i},  or to @expr{a - b i} if @expr{a}
22411 and @expr{b} are known to be real.
22413 Functions like @code{sin} and @code{arctan} generally don't have
22414 any default simplifications beyond simply evaluating the functions
22415 for suitable numeric arguments and infinity.  The @kbd{a s} command
22416 described in the next section does provide some simplifications for
22417 these functions, though.
22419 One important simplification that does occur is that
22420 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e})} is simplified to 1, and @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)} is
22421 simplified to @expr{x} for any @expr{x}.  This occurs even if you have
22422 stored a different value in the Calc variable @samp{e}; but this would
22423 be a bad idea in any case if you were also using natural logarithms!
22425 Among the logical functions, @tfn{!(@var{a} <= @var{b})} changes to
22426 @tfn{@var{a} > @var{b}} and so on.  Equations and inequalities where both sides
22427 are either negative-looking or zero are simplified by negating both sides
22428 and reversing the inequality.  While it might seem reasonable to simplify
22429 @expr{!!x} to @expr{x}, this would not be valid in general because
22430 @expr{!!2} is 1, not 2.
22432 Most other Calc functions have few if any default simplifications
22433 defined, aside of course from evaluation when the arguments are
22434 suitable numbers.
22436 @node Algebraic Simplifications, Unsafe Simplifications, Default Simplifications, Simplifying Formulas
22437 @subsection Algebraic Simplifications
22439 @noindent
22440 @cindex Algebraic simplifications
22441 The @kbd{a s} command makes simplifications that may be too slow to
22442 do all the time, or that may not be desirable all of the time.
22443 If you find these simplifications are worthwhile, you can type
22444 @kbd{m A} to have Calc apply them automatically.
22446 This section describes all simplifications that are performed by
22447 the @kbd{a s} command.  Note that these occur in addition to the
22448 default simplifications; even if the default simplifications have
22449 been turned off by an @kbd{m O} command, @kbd{a s} will turn them
22450 back on temporarily while it simplifies the formula.
22452 There is a variable, @code{AlgSimpRules}, in which you can put rewrites
22453 to be applied by @kbd{a s}.  Its use is analogous to @code{EvalRules},
22454 but without the special restrictions.  Basically, the simplifier does
22455 @samp{@w{a r} AlgSimpRules} with an infinite repeat count on the whole
22456 expression being simplified, then it traverses the expression applying
22457 the built-in rules described below.  If the result is different from
22458 the original expression, the process repeats with the default
22459 simplifications (including @code{EvalRules}), then @code{AlgSimpRules},
22460 then the built-in simplifications, and so on.
22462 @tex
22463 \bigskip
22464 @end tex
22466 Sums are simplified in two ways.  Constant terms are commuted to the
22467 end of the sum, so that @expr{a + 2 + b} changes to @expr{a + b + 2}.
22468 The only exception is that a constant will not be commuted away
22469 from the first position of a difference, i.e., @expr{2 - x} is not
22470 commuted to @expr{-x + 2}.
22472 Also, terms of sums are combined by the distributive law, as in
22473 @expr{x + y + 2 x} to @expr{y + 3 x}.  This always occurs for
22474 adjacent terms, but @kbd{a s} compares all pairs of terms including
22475 non-adjacent ones.
22477 @tex
22478 \bigskip
22479 @end tex
22481 Products are sorted into a canonical order using the commutative
22482 law.  For example, @expr{b c a} is commuted to @expr{a b c}.
22483 This allows easier comparison of products; for example, the default
22484 simplifications will not change @expr{x y + y x} to @expr{2 x y},
22485 but @kbd{a s} will; it first rewrites the sum to @expr{x y + x y},
22486 and then the default simplifications are able to recognize a sum
22487 of identical terms.
22489 The canonical ordering used to sort terms of products has the
22490 property that real-valued numbers, interval forms and infinities
22491 come first, and are sorted into increasing order.  The @kbd{V S}
22492 command uses the same ordering when sorting a vector.
22494 Sorting of terms of products is inhibited when Matrix mode is
22495 turned on; in this case, Calc will never exchange the order of
22496 two terms unless it knows at least one of the terms is a scalar.
22498 Products of powers are distributed by comparing all pairs of
22499 terms, using the same method that the default simplifications
22500 use for adjacent terms of products.
22502 Even though sums are not sorted, the commutative law is still
22503 taken into account when terms of a product are being compared.
22504 Thus @expr{(x + y) (y + x)} will be simplified to @expr{(x + y)^2}.
22505 A subtle point is that @expr{(x - y) (y - x)} will @emph{not}
22506 be simplified to @expr{-(x - y)^2}; Calc does not notice that
22507 one term can be written as a constant times the other, even if
22508 that constant is @mathit{-1}.
22510 A fraction times any expression, @expr{(a:b) x}, is changed to
22511 a quotient involving integers:  @expr{a x / b}.  This is not
22512 done for floating-point numbers like @expr{0.5}, however.  This
22513 is one reason why you may find it convenient to turn Fraction mode
22514 on while doing algebra; @pxref{Fraction Mode}.
22516 @tex
22517 \bigskip
22518 @end tex
22520 Quotients are simplified by comparing all terms in the numerator
22521 with all terms in the denominator for possible cancellation using
22522 the distributive law.  For example, @expr{a x^2 b / c x^3 d} will
22523 cancel @expr{x^2} from the top and bottom to get @expr{a b / c x d}.
22524 (The terms in the denominator will then be rearranged to @expr{c d x}
22525 as described above.)  If there is any common integer or fractional
22526 factor in the numerator and denominator, it is cancelled out;
22527 for example, @expr{(4 x + 6) / 8 x} simplifies to @expr{(2 x + 3) / 4 x}.
22529 Non-constant common factors are not found even by @kbd{a s}.  To
22530 cancel the factor @expr{a} in @expr{(a x + a) / a^2} you could first
22531 use @kbd{j M} on the product @expr{a x} to Merge the numerator to
22532 @expr{a (1+x)}, which can then be simplified successfully.
22534 @tex
22535 \bigskip
22536 @end tex
22538 Integer powers of the variable @code{i} are simplified according
22539 to the identity @expr{i^2 = -1}.  If you store a new value other
22540 than the complex number @expr{(0,1)} in @code{i}, this simplification
22541 will no longer occur.  This is done by @kbd{a s} instead of by default
22542 in case someone (unwisely) uses the name @code{i} for a variable
22543 unrelated to complex numbers; it would be unfortunate if Calc
22544 quietly and automatically changed this formula for reasons the
22545 user might not have been thinking of.
22547 Square roots of integer or rational arguments are simplified in
22548 several ways.  (Note that these will be left unevaluated only in
22549 Symbolic mode.)  First, square integer or rational factors are
22550 pulled out so that @expr{@tfn{sqrt}(8)} is rewritten as
22551 @texline @math{2\,@tfn{sqrt}(2)}.
22552 @infoline @expr{2 sqrt(2)}.  
22553 Conceptually speaking this implies factoring the argument into primes
22554 and moving pairs of primes out of the square root, but for reasons of
22555 efficiency Calc only looks for primes up to 29.
22557 Square roots in the denominator of a quotient are moved to the
22558 numerator:  @expr{1 / @tfn{sqrt}(3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(3) / 3}.
22559 The same effect occurs for the square root of a fraction:
22560 @expr{@tfn{sqrt}(2:3)} changes to @expr{@tfn{sqrt}(6) / 3}.
22562 @tex
22563 \bigskip
22564 @end tex
22566 The @code{%} (modulo) operator is simplified in several ways
22567 when the modulus @expr{M} is a positive real number.  First, if
22568 the argument is of the form @expr{x + n} for some real number
22569 @expr{n}, then @expr{n} is itself reduced modulo @expr{M}.  For
22570 example, @samp{(x - 23) % 10} is simplified to @samp{(x + 7) % 10}.
22572 If the argument is multiplied by a constant, and this constant
22573 has a common integer divisor with the modulus, then this factor is
22574 cancelled out.  For example, @samp{12 x % 15} is changed to
22575 @samp{3 (4 x % 5)} by factoring out 3.  Also, @samp{(12 x + 1) % 15}
22576 is changed to @samp{3 ((4 x + 1:3) % 5)}.  While these forms may
22577 not seem ``simpler,'' they allow Calc to discover useful information
22578 about modulo forms in the presence of declarations.
22580 If the modulus is 1, then Calc can use @code{int} declarations to
22581 evaluate the expression.  For example, the idiom @samp{x % 2} is
22582 often used to check whether a number is odd or even.  As described
22583 above, @w{@samp{2 n % 2}} and @samp{(2 n + 1) % 2} are simplified to
22584 @samp{2 (n % 1)} and @samp{2 ((n + 1:2) % 1)}, respectively; Calc
22585 can simplify these to 0 and 1 (respectively) if @code{n} has been
22586 declared to be an integer.
22588 @tex
22589 \bigskip
22590 @end tex
22592 Trigonometric functions are simplified in several ways.  Whenever a
22593 products of two trigonometric functions can be replaced by a single
22594 function, the replacement is made; for example,
22595 @expr{@tfn{tan}(x) @tfn{cos}(x)} is simplified to @expr{@tfn{sin}(x)}. 
22596 Reciprocals of trigonometric functions are replaced by their reciprocal
22597 function; for example, @expr{1/@tfn{sec}(x)} is simplified to
22598 @expr{@tfn{cos}(x)}.  The corresponding simplifications for the
22599 hyperbolic functions are also handled.
22601 Trigonometric functions of their inverse functions are
22602 simplified. The expression @expr{@tfn{sin}(@tfn{arcsin}(x))} is
22603 simplified to @expr{x}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.  
22604 Trigonometric functions of inverses of different trigonometric
22605 functions can also be simplified, as in @expr{@tfn{sin}(@tfn{arccos}(x))}
22606 to @expr{@tfn{sqrt}(1 - x^2)}.
22608 If the argument to @code{sin} is negative-looking, it is simplified to
22609 @expr{-@tfn{sin}(x)}, and similarly for @code{cos} and @code{tan}.
22610 Finally, certain special values of the argument are recognized;
22611 @pxref{Trigonometric and Hyperbolic Functions}.
22613 Hyperbolic functions of their inverses and of negative-looking
22614 arguments are also handled, as are exponentials of inverse
22615 hyperbolic functions.
22617 No simplifications for inverse trigonometric and hyperbolic
22618 functions are known, except for negative arguments of @code{arcsin},
22619 @code{arctan}, @code{arcsinh}, and @code{arctanh}.  Note that
22620 @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} can @emph{not} safely change to
22621 @expr{x}, since this only correct within an integer multiple of 
22622 @texline @math{2 \pi}
22623 @infoline @expr{2 pi} 
22624 radians or 360 degrees.  However, @expr{@tfn{arcsinh}(@tfn{sinh}(x))} is
22625 simplified to @expr{x} if @expr{x} is known to be real.
22627 Several simplifications that apply to logarithms and exponentials
22628 are that @expr{@tfn{exp}(@tfn{ln}(x))}, 
22629 @texline @tfn{e}@math{^{\ln(x)}},
22630 @infoline @expr{e^@tfn{ln}(x)}, 
22632 @texline @math{10^{{\rm log10}(x)}}
22633 @infoline @expr{10^@tfn{log10}(x)} 
22634 all reduce to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))}, etc., can
22635 reduce to @expr{x} if @expr{x} is provably real.  The form
22636 @expr{@tfn{exp}(x)^y} is simplified to @expr{@tfn{exp}(x y)}.  If @expr{x}
22637 is a suitable multiple of 
22638 @texline @math{\pi i} 
22639 @infoline @expr{pi i}
22640 (as described above for the trigonometric functions), then
22641 @expr{@tfn{exp}(x)} or @expr{e^x} will be expanded.  Finally,
22642 @expr{@tfn{ln}(x)} is simplified to a form involving @code{pi} and
22643 @code{i} where @expr{x} is provably negative, positive imaginary, or
22644 negative imaginary. 
22646 The error functions @code{erf} and @code{erfc} are simplified when
22647 their arguments are negative-looking or are calls to the @code{conj}
22648 function.
22650 @tex
22651 \bigskip
22652 @end tex
22654 Equations and inequalities are simplified by cancelling factors
22655 of products, quotients, or sums on both sides.  Inequalities
22656 change sign if a negative multiplicative factor is cancelled.
22657 Non-constant multiplicative factors as in @expr{a b = a c} are
22658 cancelled from equations only if they are provably nonzero (generally
22659 because they were declared so; @pxref{Declarations}).  Factors
22660 are cancelled from inequalities only if they are nonzero and their
22661 sign is known.
22663 Simplification also replaces an equation or inequality with
22664 1 or 0 (``true'' or ``false'') if it can through the use of
22665 declarations.  If @expr{x} is declared to be an integer greater
22666 than 5, then @expr{x < 3}, @expr{x = 3}, and @expr{x = 7.5} are
22667 all simplified to 0, but @expr{x > 3} is simplified to 1.
22668 By a similar analysis, @expr{abs(x) >= 0} is simplified to 1,
22669 as is @expr{x^2 >= 0} if @expr{x} is known to be real.
22671 @node Unsafe Simplifications, Simplification of Units, Algebraic Simplifications, Simplifying Formulas
22672 @subsection ``Unsafe'' Simplifications
22674 @noindent
22675 @cindex Unsafe simplifications
22676 @cindex Extended simplification
22677 @kindex a e
22678 @pindex calc-simplify-extended
22679 @ignore
22680 @mindex esimpl@idots
22681 @end ignore
22682 @tindex esimplify
22683 The @kbd{a e} (@code{calc-simplify-extended}) [@code{esimplify}] command
22684 is like @kbd{a s}
22685 except that it applies some additional simplifications which are not
22686 ``safe'' in all cases.  Use this only if you know the values in your
22687 formula lie in the restricted ranges for which these simplifications
22688 are valid.  The symbolic integrator uses @kbd{a e};
22689 one effect of this is that the integrator's results must be used with
22690 caution.  Where an integral table will often attach conditions like
22691 ``for positive @expr{a} only,'' Calc (like most other symbolic
22692 integration programs) will simply produce an unqualified result.
22694 Because @kbd{a e}'s simplifications are unsafe, it is sometimes better
22695 to type @kbd{C-u -3 a v}, which does extended simplification only
22696 on the top level of the formula without affecting the sub-formulas.
22697 In fact, @kbd{C-u -3 j v} allows you to target extended simplification
22698 to any specific part of a formula.
22700 The variable @code{ExtSimpRules} contains rewrites to be applied by
22701 the @kbd{a e} command.  These are applied in addition to
22702 @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  (The @kbd{a r AlgSimpRules}
22703 step described above is simply followed by an @kbd{a r ExtSimpRules} step.)
22705 Following is a complete list of ``unsafe'' simplifications performed
22706 by @kbd{a e}.
22708 @tex
22709 \bigskip
22710 @end tex
22712 Inverse trigonometric or hyperbolic functions, called with their
22713 corresponding non-inverse functions as arguments, are simplified
22714 by @kbd{a e}.  For example, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{sin}(x))} changes
22715 to @expr{x}.  Also, @expr{@tfn{arcsin}(@tfn{cos}(x))} and
22716 @expr{@tfn{arccos}(@tfn{sin}(x))} both change to @expr{@tfn{pi}/2 - x}.
22717 These simplifications are unsafe because they are valid only for
22718 values of @expr{x} in a certain range; outside that range, values
22719 are folded down to the 360-degree range that the inverse trigonometric
22720 functions always produce.
22722 Powers of powers @expr{(x^a)^b} are simplified to 
22723 @texline @math{x^{a b}}
22724 @infoline @expr{x^(a b)}
22725 for all @expr{a} and @expr{b}.  These results will be valid only
22726 in a restricted range of @expr{x}; for example, in 
22727 @texline @math{(x^2)^{1:2}}
22728 @infoline @expr{(x^2)^1:2}
22729 the powers cancel to get @expr{x}, which is valid for positive values
22730 of @expr{x} but not for negative or complex values.
22732 Similarly, @expr{@tfn{sqrt}(x^a)} and @expr{@tfn{sqrt}(x)^a} are both
22733 simplified (possibly unsafely) to 
22734 @texline @math{x^{a/2}}.
22735 @infoline @expr{x^(a/2)}.
22737 Forms like @expr{@tfn{sqrt}(1 - sin(x)^2)} are simplified to, e.g.,
22738 @expr{@tfn{cos}(x)}.  Calc has identities of this sort for @code{sin},
22739 @code{cos}, @code{tan}, @code{sinh}, and @code{cosh}.
22741 Arguments of square roots are partially factored to look for
22742 squared terms that can be extracted.  For example,
22743 @expr{@tfn{sqrt}(a^2 b^3 + a^3 b^2)} simplifies to 
22744 @expr{a b @tfn{sqrt}(a+b)}.
22746 The simplifications of @expr{@tfn{ln}(@tfn{exp}(x))},
22747 @expr{@tfn{ln}(@tfn{e}^x)}, and @expr{@tfn{log10}(10^x)} to @expr{x} are also
22748 unsafe because of problems with principal values (although these
22749 simplifications are safe if @expr{x} is known to be real).
22751 Common factors are cancelled from products on both sides of an
22752 equation, even if those factors may be zero:  @expr{a x / b x}
22753 to @expr{a / b}.  Such factors are never cancelled from
22754 inequalities:  Even @kbd{a e} is not bold enough to reduce
22755 @expr{a x < b x} to @expr{a < b} (or @expr{a > b}, depending
22756 on whether you believe @expr{x} is positive or negative).
22757 The @kbd{a M /} command can be used to divide a factor out of
22758 both sides of an inequality.
22760 @node Simplification of Units,  , Unsafe Simplifications, Simplifying Formulas
22761 @subsection Simplification of Units
22763 @noindent
22764 The simplifications described in this section are applied by the
22765 @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) command.  These are in addition
22766 to the regular @kbd{a s} (but not @kbd{a e}) simplifications described
22767 earlier.  @xref{Basic Operations on Units}.
22769 The variable @code{UnitSimpRules} contains rewrites to be applied by
22770 the @kbd{u s} command.  These are applied in addition to @code{EvalRules}
22771 and @code{AlgSimpRules}.
22773 Scalar mode is automatically put into effect when simplifying units.
22774 @xref{Matrix Mode}.
22776 Sums @expr{a + b} involving units are simplified by extracting the
22777 units of @expr{a} as if by the @kbd{u x} command (call the result
22778 @expr{u_a}), then simplifying the expression @expr{b / u_a}
22779 using @kbd{u b} and @kbd{u s}.  If the result has units then the sum
22780 is inconsistent and is left alone.  Otherwise, it is rewritten
22781 in terms of the units @expr{u_a}.
22783 If units auto-ranging mode is enabled, products or quotients in
22784 which the first argument is a number which is out of range for the
22785 leading unit are modified accordingly.
22787 When cancelling and combining units in products and quotients,
22788 Calc accounts for unit names that differ only in the prefix letter.
22789 For example, @samp{2 km m} is simplified to @samp{2000 m^2}.
22790 However, compatible but different units like @code{ft} and @code{in}
22791 are not combined in this way.
22793 Quotients @expr{a / b} are simplified in three additional ways.  First,
22794 if @expr{b} is a number or a product beginning with a number, Calc
22795 computes the reciprocal of this number and moves it to the numerator.
22797 Second, for each pair of unit names from the numerator and denominator
22798 of a quotient, if the units are compatible (e.g., they are both
22799 units of area) then they are replaced by the ratio between those
22800 units.  For example, in @samp{3 s in N / kg cm} the units
22801 @samp{in / cm} will be replaced by @expr{2.54}.
22803 Third, if the units in the quotient exactly cancel out, so that
22804 a @kbd{u b} command on the quotient would produce a dimensionless
22805 number for an answer, then the quotient simplifies to that number.
22807 For powers and square roots, the ``unsafe'' simplifications
22808 @expr{(a b)^c} to @expr{a^c b^c}, @expr{(a/b)^c} to @expr{a^c / b^c},
22809 and @expr{(a^b)^c} to 
22810 @texline @math{a^{b c}}
22811 @infoline @expr{a^(b c)} 
22812 are done if the powers are real numbers.  (These are safe in the context
22813 of units because all numbers involved can reasonably be assumed to be
22814 real.)
22816 Also, if a unit name is raised to a fractional power, and the
22817 base units in that unit name all occur to powers which are a
22818 multiple of the denominator of the power, then the unit name
22819 is expanded out into its base units, which can then be simplified
22820 according to the previous paragraph.  For example, @samp{acre^1.5}
22821 is simplified by noting that @expr{1.5 = 3:2}, that @samp{acre}
22822 is defined in terms of @samp{m^2}, and that the 2 in the power of
22823 @code{m} is a multiple of 2 in @expr{3:2}.  Thus, @code{acre^1.5} is
22824 replaced by approximately 
22825 @texline @math{(4046 m^2)^{1.5}}
22826 @infoline @expr{(4046 m^2)^1.5}, 
22827 which is then changed to 
22828 @texline @math{4046^{1.5} \, (m^2)^{1.5}},
22829 @infoline @expr{4046^1.5 (m^2)^1.5}, 
22830 then to @expr{257440 m^3}.
22832 The functions @code{float}, @code{frac}, @code{clean}, @code{abs},
22833 as well as @code{floor} and the other integer truncation functions,
22834 applied to unit names or products or quotients involving units, are
22835 simplified.  For example, @samp{round(1.6 in)} is changed to
22836 @samp{round(1.6) round(in)}; the lefthand term evaluates to 2,
22837 and the righthand term simplifies to @code{in}.
22839 The functions @code{sin}, @code{cos}, and @code{tan} with arguments
22840 that have angular units like @code{rad} or @code{arcmin} are
22841 simplified by converting to base units (radians), then evaluating
22842 with the angular mode temporarily set to radians.
22844 @node Polynomials, Calculus, Simplifying Formulas, Algebra
22845 @section Polynomials
22847 A @dfn{polynomial} is a sum of terms which are coefficients times
22848 various powers of a ``base'' variable.  For example, @expr{2 x^2 + 3 x - 4}
22849 is a polynomial in @expr{x}.  Some formulas can be considered
22850 polynomials in several different variables:  @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2}
22851 is a polynomial in both @expr{x} and @expr{y}.  Polynomial coefficients
22852 are often numbers, but they may in general be any formulas not
22853 involving the base variable.
22855 @kindex a f
22856 @pindex calc-factor
22857 @tindex factor
22858 The @kbd{a f} (@code{calc-factor}) [@code{factor}] command factors a
22859 polynomial into a product of terms.  For example, the polynomial
22860 @expr{x^3 + 2 x^2 + x} is factored into @samp{x*(x+1)^2}.  As another
22861 example, @expr{a c + b d + b c + a d} is factored into the product
22862 @expr{(a + b) (c + d)}.
22864 Calc currently has three algorithms for factoring.  Formulas which are
22865 linear in several variables, such as the second example above, are
22866 merged according to the distributive law.  Formulas which are
22867 polynomials in a single variable, with constant integer or fractional
22868 coefficients, are factored into irreducible linear and/or quadratic
22869 terms.  The first example above factors into three linear terms
22870 (@expr{x}, @expr{x+1}, and @expr{x+1} again).  Finally, formulas
22871 which do not fit the above criteria are handled by the algebraic
22872 rewrite mechanism.
22874 Calc's polynomial factorization algorithm works by using the general
22875 root-finding command (@w{@kbd{a P}}) to solve for the roots of the
22876 polynomial.  It then looks for roots which are rational numbers
22877 or complex-conjugate pairs, and converts these into linear and
22878 quadratic terms, respectively.  Because it uses floating-point
22879 arithmetic, it may be unable to find terms that involve large
22880 integers (whose number of digits approaches the current precision).
22881 Also, irreducible factors of degree higher than quadratic are not
22882 found, and polynomials in more than one variable are not treated.
22883 (A more robust factorization algorithm may be included in a future
22884 version of Calc.)
22886 @vindex FactorRules
22887 @ignore
22888 @starindex
22889 @end ignore
22890 @tindex thecoefs
22891 @ignore
22892 @starindex
22893 @end ignore
22894 @ignore
22895 @mindex @idots
22896 @end ignore
22897 @tindex thefactors
22898 The rewrite-based factorization method uses rules stored in the variable
22899 @code{FactorRules}.  @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of the
22900 operation of rewrite rules.  The default @code{FactorRules} are able
22901 to factor quadratic forms symbolically into two linear terms,
22902 @expr{(a x + b) (c x + d)}.  You can edit these rules to include other
22903 cases if you wish.  To use the rules, Calc builds the formula
22904 @samp{thecoefs(x, [a, b, c, ...])} where @code{x} is the polynomial
22905 base variable and @code{a}, @code{b}, etc., are polynomial coefficients
22906 (which may be numbers or formulas).  The constant term is written first,
22907 i.e., in the @code{a} position.  When the rules complete, they should have
22908 changed the formula into the form @samp{thefactors(x, [f1, f2, f3, ...])}
22909 where each @code{fi} should be a factored term, e.g., @samp{x - ai}.
22910 Calc then multiplies these terms together to get the complete
22911 factored form of the polynomial.  If the rules do not change the
22912 @code{thecoefs} call to a @code{thefactors} call, @kbd{a f} leaves the
22913 polynomial alone on the assumption that it is unfactorable.  (Note that
22914 the function names @code{thecoefs} and @code{thefactors} are used only
22915 as placeholders; there are no actual Calc functions by those names.)
22917 @kindex H a f
22918 @tindex factors
22919 The @kbd{H a f} [@code{factors}] command also factors a polynomial,
22920 but it returns a list of factors instead of an expression which is the
22921 product of the factors.  Each factor is represented by a sub-vector
22922 of the factor, and the power with which it appears.  For example,
22923 @expr{x^5 + x^4 - 33 x^3 + 63 x^2} factors to @expr{(x + 7) x^2 (x - 3)^2}
22924 in @kbd{a f}, or to @expr{[ [x, 2], [x+7, 1], [x-3, 2] ]} in @kbd{H a f}.
22925 If there is an overall numeric factor, it always comes first in the list.
22926 The functions @code{factor} and @code{factors} allow a second argument
22927 when written in algebraic form; @samp{factor(x,v)} factors @expr{x} with
22928 respect to the specific variable @expr{v}.  The default is to factor with
22929 respect to all the variables that appear in @expr{x}.
22931 @kindex a c
22932 @pindex calc-collect
22933 @tindex collect
22934 The @kbd{a c} (@code{calc-collect}) [@code{collect}] command rearranges a
22935 formula as a
22936 polynomial in a given variable, ordered in decreasing powers of that
22937 variable.  For example, given @expr{1 + 2 x + 3 y + 4 x y^2} on
22938 the stack, @kbd{a c x} would produce @expr{(2 + 4 y^2) x + (1 + 3 y)},
22939 and @kbd{a c y} would produce @expr{(4 x) y^2 + 3 y + (1 + 2 x)}.
22940 The polynomial will be expanded out using the distributive law as
22941 necessary:  Collecting @expr{x} in @expr{(x - 1)^3} produces
22942 @expr{x^3 - 3 x^2 + 3 x - 1}.  Terms not involving @expr{x} will
22943 not be expanded.
22945 The ``variable'' you specify at the prompt can actually be any
22946 expression: @kbd{a c ln(x+1)} will collect together all terms multiplied
22947 by @samp{ln(x+1)} or integer powers thereof.  If @samp{x} also appears
22948 in the formula in a context other than @samp{ln(x+1)}, @kbd{a c} will
22949 treat those occurrences as unrelated to @samp{ln(x+1)}, i.e., as constants.
22951 @kindex a x
22952 @pindex calc-expand
22953 @tindex expand
22954 The @kbd{a x} (@code{calc-expand}) [@code{expand}] command expands an
22955 expression by applying the distributive law everywhere.  It applies to
22956 products, quotients, and powers involving sums.  By default, it fully
22957 distributes all parts of the expression.  With a numeric prefix argument,
22958 the distributive law is applied only the specified number of times, then
22959 the partially expanded expression is left on the stack.
22961 The @kbd{a x} and @kbd{j D} commands are somewhat redundant.  Use
22962 @kbd{a x} if you want to expand all products of sums in your formula.
22963 Use @kbd{j D} if you want to expand a particular specified term of
22964 the formula.  There is an exactly analogous correspondence between
22965 @kbd{a f} and @kbd{j M}.  (The @kbd{j D} and @kbd{j M} commands
22966 also know many other kinds of expansions, such as
22967 @samp{exp(a + b) = exp(a) exp(b)}, which @kbd{a x} and @kbd{a f}
22968 do not do.)
22970 Calc's automatic simplifications will sometimes reverse a partial
22971 expansion.  For example, the first step in expanding @expr{(x+1)^3} is
22972 to write @expr{(x+1) (x+1)^2}.  If @kbd{a x} stops there and tries
22973 to put this formula onto the stack, though, Calc will automatically
22974 simplify it back to @expr{(x+1)^3} form.  The solution is to turn
22975 simplification off first (@pxref{Simplification Modes}), or to run
22976 @kbd{a x} without a numeric prefix argument so that it expands all
22977 the way in one step.
22979 @kindex a a
22980 @pindex calc-apart
22981 @tindex apart
22982 The @kbd{a a} (@code{calc-apart}) [@code{apart}] command expands a
22983 rational function by partial fractions.  A rational function is the
22984 quotient of two polynomials; @code{apart} pulls this apart into a
22985 sum of rational functions with simple denominators.  In algebraic
22986 notation, the @code{apart} function allows a second argument that
22987 specifies which variable to use as the ``base''; by default, Calc
22988 chooses the base variable automatically.
22990 @kindex a n
22991 @pindex calc-normalize-rat
22992 @tindex nrat
22993 The @kbd{a n} (@code{calc-normalize-rat}) [@code{nrat}] command
22994 attempts to arrange a formula into a quotient of two polynomials.
22995 For example, given @expr{1 + (a + b/c) / d}, the result would be
22996 @expr{(b + a c + c d) / c d}.  The quotient is reduced, so that
22997 @kbd{a n} will simplify @expr{(x^2 + 2x + 1) / (x^2 - 1)} by dividing
22998 out the common factor @expr{x + 1}, yielding @expr{(x + 1) / (x - 1)}.
23000 @kindex a \
23001 @pindex calc-poly-div
23002 @tindex pdiv
23003 The @kbd{a \} (@code{calc-poly-div}) [@code{pdiv}] command divides
23004 two polynomials @expr{u} and @expr{v}, yielding a new polynomial
23005 @expr{q}.  If several variables occur in the inputs, the inputs are
23006 considered multivariate polynomials.  (Calc divides by the variable
23007 with the largest power in @expr{u} first, or, in the case of equal
23008 powers, chooses the variables in alphabetical order.)  For example,
23009 dividing @expr{x^2 + 3 x + 2} by @expr{x + 2} yields @expr{x + 1}.
23010 The remainder from the division, if any, is reported at the bottom
23011 of the screen and is also placed in the Trail along with the quotient.
23013 Using @code{pdiv} in algebraic notation, you can specify the particular
23014 variable to be used as the base: @code{pdiv(@var{a},@var{b},@var{x})}.
23015 If @code{pdiv} is given only two arguments (as is always the case with
23016 the @kbd{a \} command), then it does a multivariate division as outlined
23017 above.
23019 @kindex a %
23020 @pindex calc-poly-rem
23021 @tindex prem
23022 The @kbd{a %} (@code{calc-poly-rem}) [@code{prem}] command divides
23023 two polynomials and keeps the remainder @expr{r}.  The quotient
23024 @expr{q} is discarded.  For any formulas @expr{a} and @expr{b}, the
23025 results of @kbd{a \} and @kbd{a %} satisfy @expr{a = q b + r}.
23026 (This is analogous to plain @kbd{\} and @kbd{%}, which compute the
23027 integer quotient and remainder from dividing two numbers.)
23029 @kindex a /
23030 @kindex H a /
23031 @pindex calc-poly-div-rem
23032 @tindex pdivrem
23033 @tindex pdivide
23034 The @kbd{a /} (@code{calc-poly-div-rem}) [@code{pdivrem}] command
23035 divides two polynomials and reports both the quotient and the
23036 remainder as a vector @expr{[q, r]}.  The @kbd{H a /} [@code{pdivide}]
23037 command divides two polynomials and constructs the formula
23038 @expr{q + r/b} on the stack.  (Naturally if the remainder is zero,
23039 this will immediately simplify to @expr{q}.)
23041 @kindex a g
23042 @pindex calc-poly-gcd
23043 @tindex pgcd
23044 The @kbd{a g} (@code{calc-poly-gcd}) [@code{pgcd}] command computes
23045 the greatest common divisor of two polynomials.  (The GCD actually
23046 is unique only to within a constant multiplier; Calc attempts to
23047 choose a GCD which will be unsurprising.)  For example, the @kbd{a n}
23048 command uses @kbd{a g} to take the GCD of the numerator and denominator
23049 of a quotient, then divides each by the result using @kbd{a \}.  (The
23050 definition of GCD ensures that this division can take place without
23051 leaving a remainder.)
23053 While the polynomials used in operations like @kbd{a /} and @kbd{a g}
23054 often have integer coefficients, this is not required.  Calc can also
23055 deal with polynomials over the rationals or floating-point reals.
23056 Polynomials with modulo-form coefficients are also useful in many
23057 applications; if you enter @samp{(x^2 + 3 x - 1) mod 5}, Calc
23058 automatically transforms this into a polynomial over the field of
23059 integers mod 5:  @samp{(1 mod 5) x^2 + (3 mod 5) x + (4 mod 5)}.
23061 Congratulations and thanks go to Ove Ewerlid
23062 (@code{ewerlid@@mizar.DoCS.UU.SE}), who contributed many of the
23063 polynomial routines used in the above commands.
23065 @xref{Decomposing Polynomials}, for several useful functions for
23066 extracting the individual coefficients of a polynomial.
23068 @node Calculus, Solving Equations, Polynomials, Algebra
23069 @section Calculus
23071 @noindent
23072 The following calculus commands do not automatically simplify their
23073 inputs or outputs using @code{calc-simplify}.  You may find it helps
23074 to do this by hand by typing @kbd{a s} or @kbd{a e}.  It may also help
23075 to use @kbd{a x} and/or @kbd{a c} to arrange a result in the most
23076 readable way.
23078 @menu
23079 * Differentiation::
23080 * Integration::
23081 * Customizing the Integrator::
23082 * Numerical Integration::
23083 * Taylor Series::
23084 @end menu
23086 @node Differentiation, Integration, Calculus, Calculus
23087 @subsection Differentiation
23089 @noindent
23090 @kindex a d
23091 @kindex H a d
23092 @pindex calc-derivative
23093 @tindex deriv
23094 @tindex tderiv
23095 The @kbd{a d} (@code{calc-derivative}) [@code{deriv}] command computes
23096 the derivative of the expression on the top of the stack with respect to
23097 some variable, which it will prompt you to enter.  Normally, variables
23098 in the formula other than the specified differentiation variable are
23099 considered constant, i.e., @samp{deriv(y,x)} is reduced to zero.  With
23100 the Hyperbolic flag, the @code{tderiv} (total derivative) operation is used
23101 instead, in which derivatives of variables are not reduced to zero
23102 unless those variables are known to be ``constant,'' i.e., independent
23103 of any other variables.  (The built-in special variables like @code{pi}
23104 are considered constant, as are variables that have been declared
23105 @code{const}; @pxref{Declarations}.)
23107 With a numeric prefix argument @var{n}, this command computes the
23108 @var{n}th derivative.
23110 When working with trigonometric functions, it is best to switch to
23111 Radians mode first (with @w{@kbd{m r}}).  The derivative of @samp{sin(x)}
23112 in degrees is @samp{(pi/180) cos(x)}, probably not the expected
23113 answer!
23115 If you use the @code{deriv} function directly in an algebraic formula,
23116 you can write @samp{deriv(f,x,x0)} which represents the derivative
23117 of @expr{f} with respect to @expr{x}, evaluated at the point 
23118 @texline @math{x=x_0}.
23119 @infoline @expr{x=x0}.
23121 If the formula being differentiated contains functions which Calc does
23122 not know, the derivatives of those functions are produced by adding
23123 primes (apostrophe characters).  For example, @samp{deriv(f(2x), x)}
23124 produces @samp{2 f'(2 x)}, where the function @code{f'} represents the
23125 derivative of @code{f}.
23127 For functions you have defined with the @kbd{Z F} command, Calc expands
23128 the functions according to their defining formulas unless you have
23129 also defined @code{f'} suitably.  For example, suppose we define
23130 @samp{sinc(x) = sin(x)/x} using @kbd{Z F}.  If we then differentiate
23131 the formula @samp{sinc(2 x)}, the formula will be expanded to
23132 @samp{sin(2 x) / (2 x)} and differentiated.  However, if we also
23133 define @samp{sinc'(x) = dsinc(x)}, say, then Calc will write the
23134 result as @samp{2 dsinc(2 x)}.  @xref{Algebraic Definitions}.
23136 For multi-argument functions @samp{f(x,y,z)}, the derivative with respect
23137 to the first argument is written @samp{f'(x,y,z)}; derivatives with
23138 respect to the other arguments are @samp{f'2(x,y,z)} and @samp{f'3(x,y,z)}.
23139 Various higher-order derivatives can be formed in the obvious way, e.g.,
23140 @samp{f'@var{}'(x)} (the second derivative of @code{f}) or
23141 @samp{f'@var{}'2'3(x,y,z)} (@code{f} differentiated with respect to each
23142 argument once).
23144 @node Integration, Customizing the Integrator, Differentiation, Calculus
23145 @subsection Integration
23147 @noindent
23148 @kindex a i
23149 @pindex calc-integral
23150 @tindex integ
23151 The @kbd{a i} (@code{calc-integral}) [@code{integ}] command computes the
23152 indefinite integral of the expression on the top of the stack with
23153 respect to a prompted-for variable.  The integrator is not guaranteed to
23154 work for all integrable functions, but it is able to integrate several
23155 large classes of formulas.  In particular, any polynomial or rational
23156 function (a polynomial divided by a polynomial) is acceptable.
23157 (Rational functions don't have to be in explicit quotient form, however; 
23158 @texline @math{x/(1+x^{-2})}
23159 @infoline @expr{x/(1+x^-2)}
23160 is not strictly a quotient of polynomials, but it is equivalent to
23161 @expr{x^3/(x^2+1)}, which is.)  Also, square roots of terms involving
23162 @expr{x} and @expr{x^2} may appear in rational functions being
23163 integrated.  Finally, rational functions involving trigonometric or
23164 hyperbolic functions can be integrated.
23166 With an argument (@kbd{C-u a i}), this command will compute the definite
23167 integral of the expression on top of the stack.  In this case, the
23168 command will again prompt for an integration variable, then prompt for a
23169 lower limit and an upper limit.
23171 @ifnottex
23172 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23173 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23174 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23175 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23176 integral from @code{a} to @code{b}.
23177 @end ifnottex
23178 @tex
23179 If you use the @code{integ} function directly in an algebraic formula,
23180 you can also write @samp{integ(f,x,v)} which expresses the resulting
23181 indefinite integral in terms of variable @code{v} instead of @code{x}.
23182 With four arguments, @samp{integ(f(x),x,a,b)} represents a definite
23183 integral $\int_a^b f(x) \, dx$.
23184 @end tex
23186 Please note that the current implementation of Calc's integrator sometimes
23187 produces results that are significantly more complex than they need to
23188 be.  For example, the integral Calc finds for 
23189 @texline @math{1/(x+\sqrt{x^2+1})}
23190 @infoline @expr{1/(x+sqrt(x^2+1))}
23191 is several times more complicated than the answer Mathematica
23192 returns for the same input, although the two forms are numerically
23193 equivalent.  Also, any indefinite integral should be considered to have
23194 an arbitrary constant of integration added to it, although Calc does not
23195 write an explicit constant of integration in its result.  For example,
23196 Calc's solution for 
23197 @texline @math{1/(1+\tan x)}
23198 @infoline @expr{1/(1+tan(x))} 
23199 differs from the solution given in the @emph{CRC Math Tables} by a
23200 constant factor of  
23201 @texline @math{\pi i / 2}
23202 @infoline @expr{pi i / 2},
23203 due to a different choice of constant of integration.
23205 The Calculator remembers all the integrals it has done.  If conditions
23206 change in a way that would invalidate the old integrals, say, a switch
23207 from Degrees to Radians mode, then they will be thrown out.  If you
23208 suspect this is not happening when it should, use the
23209 @code{calc-flush-caches} command; @pxref{Caches}.
23211 @vindex IntegLimit
23212 Calc normally will pursue integration by substitution or integration by
23213 parts up to 3 nested times before abandoning an approach as fruitless.
23214 If the integrator is taking too long, you can lower this limit by storing
23215 a number (like 2) in the variable @code{IntegLimit}.  (The @kbd{s I}
23216 command is a convenient way to edit @code{IntegLimit}.)  If this variable
23217 has no stored value or does not contain a nonnegative integer, a limit
23218 of 3 is used.  The lower this limit is, the greater the chance that Calc
23219 will be unable to integrate a function it could otherwise handle.  Raising
23220 this limit allows the Calculator to solve more integrals, though the time
23221 it takes may grow exponentially.  You can monitor the integrator's actions
23222 by creating an Emacs buffer called @code{*Trace*}.  If such a buffer
23223 exists, the @kbd{a i} command will write a log of its actions there.
23225 If you want to manipulate integrals in a purely symbolic way, you can
23226 set the integration nesting limit to 0 to prevent all but fast
23227 table-lookup solutions of integrals.  You might then wish to define
23228 rewrite rules for integration by parts, various kinds of substitutions,
23229 and so on.  @xref{Rewrite Rules}.
23231 @node Customizing the Integrator, Numerical Integration, Integration, Calculus
23232 @subsection Customizing the Integrator
23234 @noindent
23235 @vindex IntegRules
23236 Calc has two built-in rewrite rules called @code{IntegRules} and
23237 @code{IntegAfterRules} which you can edit to define new integration
23238 methods.  @xref{Rewrite Rules}.  At each step of the integration process,
23239 Calc wraps the current integrand in a call to the fictitious function
23240 @samp{integtry(@var{expr},@var{var})}, where @var{expr} is the
23241 integrand and @var{var} is the integration variable.  If your rules
23242 rewrite this to be a plain formula (not a call to @code{integtry}), then
23243 Calc will use this formula as the integral of @var{expr}.  For example,
23244 the rule @samp{integtry(mysin(x),x) := -mycos(x)} would define a rule to
23245 integrate a function @code{mysin} that acts like the sine function.
23246 Then, putting @samp{4 mysin(2y+1)} on the stack and typing @kbd{a i y}
23247 will produce the integral @samp{-2 mycos(2y+1)}.  Note that Calc has
23248 automatically made various transformations on the integral to allow it
23249 to use your rule; integral tables generally give rules for
23250 @samp{mysin(a x + b)}, but you don't need to use this much generality
23251 in your @code{IntegRules}.
23253 @cindex Exponential integral Ei(x)
23254 @ignore
23255 @starindex
23256 @end ignore
23257 @tindex Ei
23258 As a more serious example, the expression @samp{exp(x)/x} cannot be
23259 integrated in terms of the standard functions, so the ``exponential
23260 integral'' function 
23261 @texline @math{{\rm Ei}(x)}
23262 @infoline @expr{Ei(x)} 
23263 was invented to describe it.
23264 We can get Calc to do this integral in terms of a made-up @code{Ei}
23265 function by adding the rule @samp{[integtry(exp(x)/x, x) := Ei(x)]}
23266 to @code{IntegRules}.  Now entering @samp{exp(2x)/x} on the stack
23267 and typing @kbd{a i x} yields @samp{Ei(2 x)}.  This new rule will
23268 work with Calc's various built-in integration methods (such as
23269 integration by substitution) to solve a variety of other problems
23270 involving @code{Ei}:  For example, now Calc will also be able to
23271 integrate @samp{exp(exp(x))} and @samp{ln(ln(x))} (to get @samp{Ei(exp(x))}
23272 and @samp{x ln(ln(x)) - Ei(ln(x))}, respectively).
23274 Your rule may do further integration by calling @code{integ}.  For
23275 example, @samp{integtry(twice(u),x) := twice(integ(u))} allows Calc
23276 to integrate @samp{twice(sin(x))} to get @samp{twice(-cos(x))}.
23277 Note that @code{integ} was called with only one argument.  This notation
23278 is allowed only within @code{IntegRules}; it means ``integrate this
23279 with respect to the same integration variable.''  If Calc is unable
23280 to integrate @code{u}, the integration that invoked @code{IntegRules}
23281 also fails.  Thus integrating @samp{twice(f(x))} fails, returning the
23282 unevaluated integral @samp{integ(twice(f(x)), x)}.  It is still valid
23283 to call @code{integ} with two or more arguments, however; in this case,
23284 if @code{u} is not integrable, @code{twice} itself will still be
23285 integrated:  If the above rule is changed to @samp{... := twice(integ(u,x))},
23286 then integrating @samp{twice(f(x))} will yield @samp{twice(integ(f(x),x))}.
23288 If a rule instead produces the formula @samp{integsubst(@var{sexpr},
23289 @var{svar})}, either replacing the top-level @code{integtry} call or
23290 nested anywhere inside the expression, then Calc will apply the
23291 substitution @samp{@var{u} = @var{sexpr}(@var{svar})} to try to
23292 integrate the original @var{expr}.  For example, the rule
23293 @samp{sqrt(a) := integsubst(sqrt(x),x)} says that if Calc ever finds
23294 a square root in the integrand, it should attempt the substitution
23295 @samp{u = sqrt(x)}.  (This particular rule is unnecessary because
23296 Calc always tries ``obvious'' substitutions where @var{sexpr} actually
23297 appears in the integrand.)  The variable @var{svar} may be the same
23298 as the @var{var} that appeared in the call to @code{integtry}, but
23299 it need not be.
23301 When integrating according to an @code{integsubst}, Calc uses the
23302 equation solver to find the inverse of @var{sexpr} (if the integrand
23303 refers to @var{var} anywhere except in subexpressions that exactly
23304 match @var{sexpr}).  It uses the differentiator to find the derivative
23305 of @var{sexpr} and/or its inverse (it has two methods that use one
23306 derivative or the other).  You can also specify these items by adding
23307 extra arguments to the @code{integsubst} your rules construct; the
23308 general form is @samp{integsubst(@var{sexpr}, @var{svar}, @var{sinv},
23309 @var{sprime})}, where @var{sinv} is the inverse of @var{sexpr} (still
23310 written as a function of @var{svar}), and @var{sprime} is the
23311 derivative of @var{sexpr} with respect to @var{svar}.  If you don't
23312 specify these things, and Calc is not able to work them out on its
23313 own with the information it knows, then your substitution rule will
23314 work only in very specific, simple cases.
23316 Calc applies @code{IntegRules} as if by @kbd{C-u 1 a r IntegRules};
23317 in other words, Calc stops rewriting as soon as any rule in your rule
23318 set succeeds.  (If it weren't for this, the @samp{integsubst(sqrt(x),x)}
23319 example above would keep on adding layers of @code{integsubst} calls
23320 forever!)
23322 @vindex IntegSimpRules
23323 Another set of rules, stored in @code{IntegSimpRules}, are applied
23324 every time the integrator uses @kbd{a s} to simplify an intermediate
23325 result.  For example, putting the rule @samp{twice(x) := 2 x} into
23326 @code{IntegSimpRules} would tell Calc to convert the @code{twice}
23327 function into a form it knows whenever integration is attempted.
23329 One more way to influence the integrator is to define a function with
23330 the @kbd{Z F} command (@pxref{Algebraic Definitions}).  Calc's
23331 integrator automatically expands such functions according to their
23332 defining formulas, even if you originally asked for the function to
23333 be left unevaluated for symbolic arguments.  (Certain other Calc
23334 systems, such as the differentiator and the equation solver, also
23335 do this.)
23337 @vindex IntegAfterRules
23338 Sometimes Calc is able to find a solution to your integral, but it
23339 expresses the result in a way that is unnecessarily complicated.  If
23340 this happens, you can either use @code{integsubst} as described
23341 above to try to hint at a more direct path to the desired result, or
23342 you can use @code{IntegAfterRules}.  This is an extra rule set that
23343 runs after the main integrator returns its result; basically, Calc does
23344 an @kbd{a r IntegAfterRules} on the result before showing it to you.
23345 (It also does an @kbd{a s}, without @code{IntegSimpRules}, after that
23346 to further simplify the result.)  For example, Calc's integrator
23347 sometimes produces expressions of the form @samp{ln(1+x) - ln(1-x)};
23348 the default @code{IntegAfterRules} rewrite this into the more readable
23349 form @samp{2 arctanh(x)}.  Note that, unlike @code{IntegRules},
23350 @code{IntegSimpRules} and @code{IntegAfterRules} are applied any number
23351 of times until no further changes are possible.  Rewriting by
23352 @code{IntegAfterRules} occurs only after the main integrator has
23353 finished, not at every step as for @code{IntegRules} and
23354 @code{IntegSimpRules}.
23356 @node Numerical Integration, Taylor Series, Customizing the Integrator, Calculus
23357 @subsection Numerical Integration
23359 @noindent
23360 @kindex a I
23361 @pindex calc-num-integral
23362 @tindex ninteg
23363 If you want a purely numerical answer to an integration problem, you can
23364 use the @kbd{a I} (@code{calc-num-integral}) [@code{ninteg}] command.  This
23365 command prompts for an integration variable, a lower limit, and an
23366 upper limit.  Except for the integration variable, all other variables
23367 that appear in the integrand formula must have stored values.  (A stored
23368 value, if any, for the integration variable itself is ignored.)
23370 Numerical integration works by evaluating your formula at many points in
23371 the specified interval.  Calc uses an ``open Romberg'' method; this means
23372 that it does not evaluate the formula actually at the endpoints (so that
23373 it is safe to integrate @samp{sin(x)/x} from zero, for example).  Also,
23374 the Romberg method works especially well when the function being
23375 integrated is fairly smooth.  If the function is not smooth, Calc will
23376 have to evaluate it at quite a few points before it can accurately
23377 determine the value of the integral.
23379 Integration is much faster when the current precision is small.  It is
23380 best to set the precision to the smallest acceptable number of digits
23381 before you use @kbd{a I}.  If Calc appears to be taking too long, press
23382 @kbd{C-g} to halt it and try a lower precision.  If Calc still appears
23383 to need hundreds of evaluations, check to make sure your function is
23384 well-behaved in the specified interval.
23386 It is possible for the lower integration limit to be @samp{-inf} (minus
23387 infinity).  Likewise, the upper limit may be plus infinity.  Calc
23388 internally transforms the integral into an equivalent one with finite
23389 limits.  However, integration to or across singularities is not supported:
23390 The integral of @samp{1/sqrt(x)} from 0 to 1 exists (it can be found
23391 by Calc's symbolic integrator, for example), but @kbd{a I} will fail
23392 because the integrand goes to infinity at one of the endpoints.
23394 @node Taylor Series,  , Numerical Integration, Calculus
23395 @subsection Taylor Series
23397 @noindent
23398 @kindex a t
23399 @pindex calc-taylor
23400 @tindex taylor
23401 The @kbd{a t} (@code{calc-taylor}) [@code{taylor}] command computes a
23402 power series expansion or Taylor series of a function.  You specify the
23403 variable and the desired number of terms.  You may give an expression of
23404 the form @samp{@var{var} = @var{a}} or @samp{@var{var} - @var{a}} instead
23405 of just a variable to produce a Taylor expansion about the point @var{a}.
23406 You may specify the number of terms with a numeric prefix argument;
23407 otherwise the command will prompt you for the number of terms.  Note that
23408 many series expansions have coefficients of zero for some terms, so you
23409 may appear to get fewer terms than you asked for.
23411 If the @kbd{a i} command is unable to find a symbolic integral for a
23412 function, you can get an approximation by integrating the function's
23413 Taylor series.
23415 @node Solving Equations, Numerical Solutions, Calculus, Algebra
23416 @section Solving Equations
23418 @noindent
23419 @kindex a S
23420 @pindex calc-solve-for
23421 @tindex solve
23422 @cindex Equations, solving
23423 @cindex Solving equations
23424 The @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) [@code{solve}] command rearranges
23425 an equation to solve for a specific variable.  An equation is an
23426 expression of the form @expr{L = R}.  For example, the command @kbd{a S x}
23427 will rearrange @expr{y = 3x + 6} to the form, @expr{x = y/3 - 2}.  If the
23428 input is not an equation, it is treated like an equation of the
23429 form @expr{X = 0}.
23431 This command also works for inequalities, as in @expr{y < 3x + 6}.
23432 Some inequalities cannot be solved where the analogous equation could
23433 be; for example, solving 
23434 @texline @math{a < b \, c}
23435 @infoline @expr{a < b c} 
23436 for @expr{b} is impossible
23437 without knowing the sign of @expr{c}.  In this case, @kbd{a S} will
23438 produce the result 
23439 @texline @math{b \mathbin{\hbox{\code{!=}}} a/c}
23440 @infoline @expr{b != a/c} 
23441 (using the not-equal-to operator) to signify that the direction of the
23442 inequality is now unknown.  The inequality 
23443 @texline @math{a \le b \, c}
23444 @infoline @expr{a <= b c} 
23445 is not even partially solved.  @xref{Declarations}, for a way to tell
23446 Calc that the signs of the variables in a formula are in fact known.
23448 Two useful commands for working with the result of @kbd{a S} are
23449 @kbd{a .} (@pxref{Logical Operations}), which converts @expr{x = y/3 - 2}
23450 to @expr{y/3 - 2}, and @kbd{s l} (@pxref{Let Command}) which evaluates
23451 another formula with @expr{x} set equal to @expr{y/3 - 2}.
23453 @menu
23454 * Multiple Solutions::
23455 * Solving Systems of Equations::
23456 * Decomposing Polynomials::
23457 @end menu
23459 @node Multiple Solutions, Solving Systems of Equations, Solving Equations, Solving Equations
23460 @subsection Multiple Solutions
23462 @noindent
23463 @kindex H a S
23464 @tindex fsolve
23465 Some equations have more than one solution.  The Hyperbolic flag
23466 (@code{H a S}) [@code{fsolve}] tells the solver to report the fully
23467 general family of solutions.  It will invent variables @code{n1},
23468 @code{n2}, @dots{}, which represent independent arbitrary integers, and
23469 @code{s1}, @code{s2}, @dots{}, which represent independent arbitrary
23470 signs (either @mathit{+1} or @mathit{-1}).  If you don't use the Hyperbolic
23471 flag, Calc will use zero in place of all arbitrary integers, and plus
23472 one in place of all arbitrary signs.  Note that variables like @code{n1}
23473 and @code{s1} are not given any special interpretation in Calc except by
23474 the equation solver itself.  As usual, you can use the @w{@kbd{s l}}
23475 (@code{calc-let}) command to obtain solutions for various actual values
23476 of these variables.
23478 For example, @kbd{' x^2 = y @key{RET} H a S x @key{RET}} solves to
23479 get @samp{x = s1 sqrt(y)}, indicating that the two solutions to the
23480 equation are @samp{sqrt(y)} and @samp{-sqrt(y)}.  Another way to
23481 think about it is that the square-root operation is really a
23482 two-valued function; since every Calc function must return a
23483 single result, @code{sqrt} chooses to return the positive result.
23484 Then @kbd{H a S} doctors this result using @code{s1} to indicate
23485 the full set of possible values of the mathematical square-root.
23487 There is a similar phenomenon going the other direction:  Suppose
23488 we solve @samp{sqrt(y) = x} for @code{y}.  Calc squares both sides
23489 to get @samp{y = x^2}.  This is correct, except that it introduces
23490 some dubious solutions.  Consider solving @samp{sqrt(y) = -3}:
23491 Calc will report @expr{y = 9} as a valid solution, which is true
23492 in the mathematical sense of square-root, but false (there is no
23493 solution) for the actual Calc positive-valued @code{sqrt}.  This
23494 happens for both @kbd{a S} and @kbd{H a S}.
23496 @cindex @code{GenCount} variable
23497 @vindex GenCount
23498 @ignore
23499 @starindex
23500 @end ignore
23501 @tindex an
23502 @ignore
23503 @starindex
23504 @end ignore
23505 @tindex as
23506 If you store a positive integer in the Calc variable @code{GenCount},
23507 then Calc will generate formulas of the form @samp{as(@var{n})} for
23508 arbitrary signs, and @samp{an(@var{n})} for arbitrary integers,
23509 where @var{n} represents successive values taken by incrementing
23510 @code{GenCount} by one.  While the normal arbitrary sign and
23511 integer symbols start over at @code{s1} and @code{n1} with each
23512 new Calc command, the @code{GenCount} approach will give each
23513 arbitrary value a name that is unique throughout the entire Calc
23514 session.  Also, the arbitrary values are function calls instead
23515 of variables, which is advantageous in some cases.  For example,
23516 you can make a rewrite rule that recognizes all arbitrary signs
23517 using a pattern like @samp{as(n)}.  The @kbd{s l} command only works
23518 on variables, but you can use the @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
23519 command to substitute actual values for function calls like @samp{as(3)}.
23521 The @kbd{s G} (@code{calc-edit-GenCount}) command is a convenient
23522 way to create or edit this variable.  Press @kbd{C-c C-c} to finish.
23524 If you have not stored a value in @code{GenCount}, or if the value
23525 in that variable is not a positive integer, the regular
23526 @code{s1}/@code{n1} notation is used.
23528 @kindex I a S
23529 @kindex H I a S
23530 @tindex finv
23531 @tindex ffinv
23532 With the Inverse flag, @kbd{I a S} [@code{finv}] treats the expression
23533 on top of the stack as a function of the specified variable and solves
23534 to find the inverse function, written in terms of the same variable.
23535 For example, @kbd{I a S x} inverts @expr{2x + 6} to @expr{x/2 - 3}.
23536 You can use both Inverse and Hyperbolic [@code{ffinv}] to obtain a
23537 fully general inverse, as described above.
23539 @kindex a P
23540 @pindex calc-poly-roots
23541 @tindex roots
23542 Some equations, specifically polynomials, have a known, finite number
23543 of solutions.  The @kbd{a P} (@code{calc-poly-roots}) [@code{roots}]
23544 command uses @kbd{H a S} to solve an equation in general form, then, for
23545 all arbitrary-sign variables like @code{s1}, and all arbitrary-integer
23546 variables like @code{n1} for which @code{n1} only usefully varies over
23547 a finite range, it expands these variables out to all their possible
23548 values.  The results are collected into a vector, which is returned.
23549 For example, @samp{roots(x^4 = 1, x)} returns the four solutions
23550 @samp{[1, -1, (0, 1), (0, -1)]}.  Generally an @var{n}th degree
23551 polynomial will always have @var{n} roots on the complex plane.
23552 (If you have given a @code{real} declaration for the solution
23553 variable, then only the real-valued solutions, if any, will be
23554 reported; @pxref{Declarations}.)
23556 Note that because @kbd{a P} uses @kbd{H a S}, it is able to deliver
23557 symbolic solutions if the polynomial has symbolic coefficients.  Also
23558 note that Calc's solver is not able to get exact symbolic solutions
23559 to all polynomials.  Polynomials containing powers up to @expr{x^4}
23560 can always be solved exactly; polynomials of higher degree sometimes
23561 can be:  @expr{x^6 + x^3 + 1} is converted to @expr{(x^3)^2 + (x^3) + 1},
23562 which can be solved for @expr{x^3} using the quadratic equation, and then
23563 for @expr{x} by taking cube roots.  But in many cases, like
23564 @expr{x^6 + x + 1}, Calc does not know how to rewrite the polynomial
23565 into a form it can solve.  The @kbd{a P} command can still deliver a
23566 list of numerical roots, however, provided that Symbolic mode (@kbd{m s})
23567 is not turned on.  (If you work with Symbolic mode on, recall that the
23568 @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) key is a handy way to reevaluate the
23569 formula on the stack with Symbolic mode temporarily off.)  Naturally,
23570 @kbd{a P} can only provide numerical roots if the polynomial coefficients
23571 are all numbers (real or complex).
23573 @node Solving Systems of Equations, Decomposing Polynomials, Multiple Solutions, Solving Equations
23574 @subsection Solving Systems of Equations
23576 @noindent
23577 @cindex Systems of equations, symbolic
23578 You can also use the commands described above to solve systems of
23579 simultaneous equations.  Just create a vector of equations, then
23580 specify a vector of variables for which to solve.  (You can omit
23581 the surrounding brackets when entering the vector of variables
23582 at the prompt.)
23584 For example, putting @samp{[x + y = a, x - y = b]} on the stack
23585 and typing @kbd{a S x,y @key{RET}} produces the vector of solutions
23586 @samp{[x = a - (a-b)/2, y = (a-b)/2]}.  The result vector will
23587 have the same length as the variables vector, and the variables
23588 will be listed in the same order there.  Note that the solutions
23589 are not always simplified as far as possible; the solution for
23590 @expr{x} here could be improved by an application of the @kbd{a n}
23591 command.
23593 Calc's algorithm works by trying to eliminate one variable at a
23594 time by solving one of the equations for that variable and then
23595 substituting into the other equations.  Calc will try all the
23596 possibilities, but you can speed things up by noting that Calc
23597 first tries to eliminate the first variable with the first
23598 equation, then the second variable with the second equation,
23599 and so on.  It also helps to put the simpler (e.g., more linear)
23600 equations toward the front of the list.  Calc's algorithm will
23601 solve any system of linear equations, and also many kinds of
23602 nonlinear systems.
23604 @ignore
23605 @starindex
23606 @end ignore
23607 @tindex elim
23608 Normally there will be as many variables as equations.  If you
23609 give fewer variables than equations (an ``over-determined'' system
23610 of equations), Calc will find a partial solution.  For example,
23611 typing @kbd{a S y @key{RET}} with the above system of equations
23612 would produce @samp{[y = a - x]}.  There are now several ways to
23613 express this solution in terms of the original variables; Calc uses
23614 the first one that it finds.  You can control the choice by adding
23615 variable specifiers of the form @samp{elim(@var{v})} to the
23616 variables list.  This says that @var{v} should be eliminated from
23617 the equations; the variable will not appear at all in the solution.
23618 For example, typing @kbd{a S y,elim(x)} would yield
23619 @samp{[y = a - (b+a)/2]}.
23621 If the variables list contains only @code{elim} specifiers,
23622 Calc simply eliminates those variables from the equations
23623 and then returns the resulting set of equations.  For example,
23624 @kbd{a S elim(x)} produces @samp{[a - 2 y = b]}.  Every variable
23625 eliminated will reduce the number of equations in the system
23626 by one.
23628 Again, @kbd{a S} gives you one solution to the system of
23629 equations.  If there are several solutions, you can use @kbd{H a S}
23630 to get a general family of solutions, or, if there is a finite
23631 number of solutions, you can use @kbd{a P} to get a list.  (In
23632 the latter case, the result will take the form of a matrix where
23633 the rows are different solutions and the columns correspond to the
23634 variables you requested.)
23636 Another way to deal with certain kinds of overdetermined systems of
23637 equations is the @kbd{a F} command, which does least-squares fitting
23638 to satisfy the equations.  @xref{Curve Fitting}.
23640 @node Decomposing Polynomials,  , Solving Systems of Equations, Solving Equations
23641 @subsection Decomposing Polynomials
23643 @noindent
23644 @ignore
23645 @starindex
23646 @end ignore
23647 @tindex poly
23648 The @code{poly} function takes a polynomial and a variable as
23649 arguments, and returns a vector of polynomial coefficients (constant
23650 coefficient first).  For example, @samp{poly(x^3 + 2 x, x)} returns
23651 @expr{[0, 2, 0, 1]}.  If the input is not a polynomial in @expr{x},
23652 the call to @code{poly} is left in symbolic form.  If the input does
23653 not involve the variable @expr{x}, the input is returned in a list
23654 of length one, representing a polynomial with only a constant
23655 coefficient.  The call @samp{poly(x, x)} returns the vector @expr{[0, 1]}.
23656 The last element of the returned vector is guaranteed to be nonzero;
23657 note that @samp{poly(0, x)} returns the empty vector @expr{[]}.
23658 Note also that @expr{x} may actually be any formula; for example,
23659 @samp{poly(sin(x)^2 - sin(x) + 3, sin(x))} returns @expr{[3, -1, 1]}.
23661 @cindex Coefficients of polynomial
23662 @cindex Degree of polynomial
23663 To get the @expr{x^k} coefficient of polynomial @expr{p}, use
23664 @samp{poly(p, x)_(k+1)}.  To get the degree of polynomial @expr{p},
23665 use @samp{vlen(poly(p, x)) - 1}.  For example, @samp{poly((x+1)^4, x)}
23666 returns @samp{[1, 4, 6, 4, 1]}, so @samp{poly((x+1)^4, x)_(2+1)}
23667 gives the @expr{x^2} coefficient of this polynomial, 6.
23669 @ignore
23670 @starindex
23671 @end ignore
23672 @tindex gpoly
23673 One important feature of the solver is its ability to recognize
23674 formulas which are ``essentially'' polynomials.  This ability is
23675 made available to the user through the @code{gpoly} function, which
23676 is used just like @code{poly}:  @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var})}.
23677 If @var{expr} is a polynomial in some term which includes @var{var}, then
23678 this function will return a vector @samp{[@var{x}, @var{c}, @var{a}]}
23679 where @var{x} is the term that depends on @var{var}, @var{c} is a
23680 vector of polynomial coefficients (like the one returned by @code{poly}),
23681 and @var{a} is a multiplier which is usually 1.  Basically,
23682 @samp{@var{expr} = @var{a}*(@var{c}_1 + @var{c}_2 @var{x} +
23683 @var{c}_3 @var{x}^2 + ...)}.  The last element of @var{c} is
23684 guaranteed to be non-zero, and @var{c} will not equal @samp{[1]}
23685 (i.e., the trivial decomposition @var{expr} = @var{x} is not
23686 considered a polynomial).  One side effect is that @samp{gpoly(x, x)}
23687 and @samp{gpoly(6, x)}, both of which might be expected to recognize
23688 their arguments as polynomials, will not because the decomposition
23689 is considered trivial.
23691 For example, @samp{gpoly((x-2)^2, x)} returns @samp{[x, [4, -4, 1], 1]},
23692 since the expanded form of this polynomial is @expr{4 - 4 x + x^2}.
23694 The term @var{x} may itself be a polynomial in @var{var}.  This is
23695 done to reduce the size of the @var{c} vector.  For example,
23696 @samp{gpoly(x^4 + x^2 - 1, x)} returns @samp{[x^2, [-1, 1, 1], 1]},
23697 since a quadratic polynomial in @expr{x^2} is easier to solve than
23698 a quartic polynomial in @expr{x}.
23700 A few more examples of the kinds of polynomials @code{gpoly} can
23701 discover:
23703 @smallexample
23704 sin(x) - 1               [sin(x), [-1, 1], 1]
23705 x + 1/x - 1              [x, [1, -1, 1], 1/x]
23706 x + 1/x                  [x^2, [1, 1], 1/x]
23707 x^3 + 2 x                [x^2, [2, 1], x]
23708 x + x^2:3 + sqrt(x)      [x^1:6, [1, 1, 0, 1], x^1:2]
23709 x^(2a) + 2 x^a + 5       [x^a, [5, 2, 1], 1]
23710 (exp(-x) + exp(x)) / 2   [e^(2 x), [0.5, 0.5], e^-x]
23711 @end smallexample
23713 The @code{poly} and @code{gpoly} functions accept a third integer argument
23714 which specifies the largest degree of polynomial that is acceptable.
23715 If this is @expr{n}, then only @var{c} vectors of length @expr{n+1}
23716 or less will be returned.  Otherwise, the @code{poly} or @code{gpoly}
23717 call will remain in symbolic form.  For example, the equation solver
23718 can handle quartics and smaller polynomials, so it calls
23719 @samp{gpoly(@var{expr}, @var{var}, 4)} to discover whether @var{expr}
23720 can be treated by its linear, quadratic, cubic, or quartic formulas.
23722 @ignore
23723 @starindex
23724 @end ignore
23725 @tindex pdeg
23726 The @code{pdeg} function computes the degree of a polynomial;
23727 @samp{pdeg(p,x)} is the highest power of @code{x} that appears in
23728 @code{p}.  This is the same as @samp{vlen(poly(p,x))-1}, but is
23729 much more efficient.  If @code{p} is constant with respect to @code{x},
23730 then @samp{pdeg(p,x) = 0}.  If @code{p} is not a polynomial in @code{x}
23731 (e.g., @samp{pdeg(2 cos(x), x)}, the function remains unevaluated.
23732 It is possible to omit the second argument @code{x}, in which case
23733 @samp{pdeg(p)} returns the highest total degree of any term of the
23734 polynomial, counting all variables that appear in @code{p}.  Note
23735 that @code{pdeg(c) = pdeg(c,x) = 0} for any nonzero constant @code{c};
23736 the degree of the constant zero is considered to be @code{-inf}
23737 (minus infinity).
23739 @ignore
23740 @starindex
23741 @end ignore
23742 @tindex plead
23743 The @code{plead} function finds the leading term of a polynomial.
23744 Thus @samp{plead(p,x)} is equivalent to @samp{poly(p,x)_vlen(poly(p,x))},
23745 though again more efficient.  In particular, @samp{plead((2x+1)^10, x)}
23746 returns 1024 without expanding out the list of coefficients.  The
23747 value of @code{plead(p,x)} will be zero only if @expr{p = 0}.
23749 @ignore
23750 @starindex
23751 @end ignore
23752 @tindex pcont
23753 The @code{pcont} function finds the @dfn{content} of a polynomial.  This
23754 is the greatest common divisor of all the coefficients of the polynomial.
23755 With two arguments, @code{pcont(p,x)} effectively uses @samp{poly(p,x)}
23756 to get a list of coefficients, then uses @code{pgcd} (the polynomial
23757 GCD function) to combine these into an answer.  For example,
23758 @samp{pcont(4 x y^2 + 6 x^2 y, x)} is @samp{2 y}.  The content is
23759 basically the ``biggest'' polynomial that can be divided into @code{p}
23760 exactly.  The sign of the content is the same as the sign of the leading
23761 coefficient.
23763 With only one argument, @samp{pcont(p)} computes the numerical
23764 content of the polynomial, i.e., the @code{gcd} of the numerical
23765 coefficients of all the terms in the formula.  Note that @code{gcd}
23766 is defined on rational numbers as well as integers; it computes
23767 the @code{gcd} of the numerators and the @code{lcm} of the
23768 denominators.  Thus @samp{pcont(4:3 x y^2 + 6 x^2 y)} returns 2:3.
23769 Dividing the polynomial by this number will clear all the
23770 denominators, as well as dividing by any common content in the
23771 numerators.  The numerical content of a polynomial is negative only
23772 if all the coefficients in the polynomial are negative.
23774 @ignore
23775 @starindex
23776 @end ignore
23777 @tindex pprim
23778 The @code{pprim} function finds the @dfn{primitive part} of a
23779 polynomial, which is simply the polynomial divided (using @code{pdiv}
23780 if necessary) by its content.  If the input polynomial has rational
23781 coefficients, the result will have integer coefficients in simplest
23782 terms.
23784 @node Numerical Solutions, Curve Fitting, Solving Equations, Algebra
23785 @section Numerical Solutions
23787 @noindent
23788 Not all equations can be solved symbolically.  The commands in this
23789 section use numerical algorithms that can find a solution to a specific
23790 instance of an equation to any desired accuracy.  Note that the
23791 numerical commands are slower than their algebraic cousins; it is a
23792 good idea to try @kbd{a S} before resorting to these commands.
23794 (@xref{Curve Fitting}, for some other, more specialized, operations
23795 on numerical data.)
23797 @menu
23798 * Root Finding::
23799 * Minimization::
23800 * Numerical Systems of Equations::
23801 @end menu
23803 @node Root Finding, Minimization, Numerical Solutions, Numerical Solutions
23804 @subsection Root Finding
23806 @noindent
23807 @kindex a R
23808 @pindex calc-find-root
23809 @tindex root
23810 @cindex Newton's method
23811 @cindex Roots of equations
23812 @cindex Numerical root-finding
23813 The @kbd{a R} (@code{calc-find-root}) [@code{root}] command finds a
23814 numerical solution (or @dfn{root}) of an equation.  (This command treats
23815 inequalities the same as equations.  If the input is any other kind
23816 of formula, it is interpreted as an equation of the form @expr{X = 0}.)
23818 The @kbd{a R} command requires an initial guess on the top of the
23819 stack, and a formula in the second-to-top position.  It prompts for a
23820 solution variable, which must appear in the formula.  All other variables
23821 that appear in the formula must have assigned values, i.e., when
23822 a value is assigned to the solution variable and the formula is
23823 evaluated with @kbd{=}, it should evaluate to a number.  Any assigned
23824 value for the solution variable itself is ignored and unaffected by
23825 this command.
23827 When the command completes, the initial guess is replaced on the stack
23828 by a vector of two numbers:  The value of the solution variable that
23829 solves the equation, and the difference between the lefthand and
23830 righthand sides of the equation at that value.  Ordinarily, the second
23831 number will be zero or very nearly zero.  (Note that Calc uses a
23832 slightly higher precision while finding the root, and thus the second
23833 number may be slightly different from the value you would compute from
23834 the equation yourself.)
23836 The @kbd{v h} (@code{calc-head}) command is a handy way to extract
23837 the first element of the result vector, discarding the error term.
23839 The initial guess can be a real number, in which case Calc searches
23840 for a real solution near that number, or a complex number, in which
23841 case Calc searches the whole complex plane near that number for a
23842 solution, or it can be an interval form which restricts the search
23843 to real numbers inside that interval.
23845 Calc tries to use @kbd{a d} to take the derivative of the equation.
23846 If this succeeds, it uses Newton's method.  If the equation is not
23847 differentiable Calc uses a bisection method.  (If Newton's method
23848 appears to be going astray, Calc switches over to bisection if it
23849 can, or otherwise gives up.  In this case it may help to try again
23850 with a slightly different initial guess.)  If the initial guess is a
23851 complex number, the function must be differentiable.
23853 If the formula (or the difference between the sides of an equation)
23854 is negative at one end of the interval you specify and positive at
23855 the other end, the root finder is guaranteed to find a root.
23856 Otherwise, Calc subdivides the interval into small parts looking for
23857 positive and negative values to bracket the root.  When your guess is
23858 an interval, Calc will not look outside that interval for a root.
23860 @kindex H a R
23861 @tindex wroot
23862 The @kbd{H a R} [@code{wroot}] command is similar to @kbd{a R}, except
23863 that if the initial guess is an interval for which the function has
23864 the same sign at both ends, then rather than subdividing the interval
23865 Calc attempts to widen it to enclose a root.  Use this mode if
23866 you are not sure if the function has a root in your interval.
23868 If the function is not differentiable, and you give a simple number
23869 instead of an interval as your initial guess, Calc uses this widening
23870 process even if you did not type the Hyperbolic flag.  (If the function
23871 @emph{is} differentiable, Calc uses Newton's method which does not
23872 require a bounding interval in order to work.)
23874 If Calc leaves the @code{root} or @code{wroot} function in symbolic
23875 form on the stack, it will normally display an explanation for why
23876 no root was found.  If you miss this explanation, press @kbd{w}
23877 (@code{calc-why}) to get it back.
23879 @node Minimization, Numerical Systems of Equations, Root Finding, Numerical Solutions
23880 @subsection Minimization
23882 @noindent
23883 @kindex a N
23884 @kindex H a N
23885 @kindex a X
23886 @kindex H a X
23887 @pindex calc-find-minimum
23888 @pindex calc-find-maximum
23889 @tindex minimize
23890 @tindex maximize
23891 @cindex Minimization, numerical
23892 The @kbd{a N} (@code{calc-find-minimum}) [@code{minimize}] command
23893 finds a minimum value for a formula.  It is very similar in operation
23894 to @kbd{a R} (@code{calc-find-root}):  You give the formula and an initial
23895 guess on the stack, and are prompted for the name of a variable.  The guess
23896 may be either a number near the desired minimum, or an interval enclosing
23897 the desired minimum.  The function returns a vector containing the
23898 value of the variable which minimizes the formula's value, along
23899 with the minimum value itself.
23901 Note that this command looks for a @emph{local} minimum.  Many functions
23902 have more than one minimum; some, like 
23903 @texline @math{x \sin x},
23904 @infoline @expr{x sin(x)}, 
23905 have infinitely many.  In fact, there is no easy way to define the
23906 ``global'' minimum of 
23907 @texline @math{x \sin x}
23908 @infoline @expr{x sin(x)} 
23909 but Calc can still locate any particular local minimum
23910 for you.  Calc basically goes downhill from the initial guess until it
23911 finds a point at which the function's value is greater both to the left
23912 and to the right.  Calc does not use derivatives when minimizing a function.
23914 If your initial guess is an interval and it looks like the minimum
23915 occurs at one or the other endpoint of the interval, Calc will return
23916 that endpoint only if that endpoint is closed; thus, minimizing @expr{17 x}
23917 over @expr{[2..3]} will return @expr{[2, 38]}, but minimizing over
23918 @expr{(2..3]} would report no minimum found.  In general, you should
23919 use closed intervals to find literally the minimum value in that
23920 range of @expr{x}, or open intervals to find the local minimum, if
23921 any, that happens to lie in that range.
23923 Most functions are smooth and flat near their minimum values.  Because
23924 of this flatness, if the current precision is, say, 12 digits, the
23925 variable can only be determined meaningfully to about six digits.  Thus
23926 you should set the precision to twice as many digits as you need in your
23927 answer.
23929 @ignore
23930 @mindex wmin@idots
23931 @end ignore
23932 @tindex wminimize
23933 @ignore
23934 @mindex wmax@idots
23935 @end ignore
23936 @tindex wmaximize
23937 The @kbd{H a N} [@code{wminimize}] command, analogously to @kbd{H a R},
23938 expands the guess interval to enclose a minimum rather than requiring
23939 that the minimum lie inside the interval you supply.
23941 The @kbd{a X} (@code{calc-find-maximum}) [@code{maximize}] and
23942 @kbd{H a X} [@code{wmaximize}] commands effectively minimize the
23943 negative of the formula you supply.
23945 The formula must evaluate to a real number at all points inside the
23946 interval (or near the initial guess if the guess is a number).  If
23947 the initial guess is a complex number the variable will be minimized
23948 over the complex numbers; if it is real or an interval it will
23949 be minimized over the reals.
23951 @node Numerical Systems of Equations,  , Minimization, Numerical Solutions
23952 @subsection Systems of Equations
23954 @noindent
23955 @cindex Systems of equations, numerical
23956 The @kbd{a R} command can also solve systems of equations.  In this
23957 case, the equation should instead be a vector of equations, the
23958 guess should instead be a vector of numbers (intervals are not
23959 supported), and the variable should be a vector of variables.  You
23960 can omit the brackets while entering the list of variables.  Each
23961 equation must be differentiable by each variable for this mode to
23962 work.  The result will be a vector of two vectors:  The variable
23963 values that solved the system of equations, and the differences
23964 between the sides of the equations with those variable values.
23965 There must be the same number of equations as variables.  Since
23966 only plain numbers are allowed as guesses, the Hyperbolic flag has
23967 no effect when solving a system of equations.
23969 It is also possible to minimize over many variables with @kbd{a N}
23970 (or maximize with @kbd{a X}).  Once again the variable name should
23971 be replaced by a vector of variables, and the initial guess should
23972 be an equal-sized vector of initial guesses.  But, unlike the case of
23973 multidimensional @kbd{a R}, the formula being minimized should
23974 still be a single formula, @emph{not} a vector.  Beware that
23975 multidimensional minimization is currently @emph{very} slow.
23977 @node Curve Fitting, Summations, Numerical Solutions, Algebra
23978 @section Curve Fitting
23980 @noindent
23981 The @kbd{a F} command fits a set of data to a @dfn{model formula},
23982 such as @expr{y = m x + b} where @expr{m} and @expr{b} are parameters
23983 to be determined.  For a typical set of measured data there will be
23984 no single @expr{m} and @expr{b} that exactly fit the data; in this
23985 case, Calc chooses values of the parameters that provide the closest
23986 possible fit.  The model formula can be entered in various ways after
23987 the key sequence @kbd{a F} is pressed.  
23989 If the letter @kbd{P} is pressed after @kbd{a F} but before the model
23990 description is entered, the data as well as the model formula will be
23991 plotted after the formula is determined.  This will be indicated by a
23992 ``P'' in the minibuffer after the help message.
23994 @menu
23995 * Linear Fits::
23996 * Polynomial and Multilinear Fits::
23997 * Error Estimates for Fits::
23998 * Standard Nonlinear Models::
23999 * Curve Fitting Details::
24000 * Interpolation::
24001 @end menu
24003 @node Linear Fits, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting, Curve Fitting
24004 @subsection Linear Fits
24006 @noindent
24007 @kindex a F
24008 @pindex calc-curve-fit
24009 @tindex fit
24010 @cindex Linear regression
24011 @cindex Least-squares fits
24012 The @kbd{a F} (@code{calc-curve-fit}) [@code{fit}] command attempts
24013 to fit a set of data (@expr{x} and @expr{y} vectors of numbers) to a
24014 straight line, polynomial, or other function of @expr{x}.  For the
24015 moment we will consider only the case of fitting to a line, and we
24016 will ignore the issue of whether or not the model was in fact a good
24017 fit for the data.
24019 In a standard linear least-squares fit, we have a set of @expr{(x,y)}
24020 data points that we wish to fit to the model @expr{y = m x + b}
24021 by adjusting the parameters @expr{m} and @expr{b} to make the @expr{y}
24022 values calculated from the formula be as close as possible to the actual
24023 @expr{y} values in the data set.  (In a polynomial fit, the model is
24024 instead, say, @expr{y = a x^3 + b x^2 + c x + d}.  In a multilinear fit,
24025 we have data points of the form @expr{(x_1,x_2,x_3,y)} and our model is
24026 @expr{y = a x_1 + b x_2 + c x_3 + d}.  These will be discussed later.)
24028 In the model formula, variables like @expr{x} and @expr{x_2} are called
24029 the @dfn{independent variables}, and @expr{y} is the @dfn{dependent
24030 variable}.  Variables like @expr{m}, @expr{a}, and @expr{b} are called
24031 the @dfn{parameters} of the model.
24033 The @kbd{a F} command takes the data set to be fitted from the stack.
24034 By default, it expects the data in the form of a matrix.  For example,
24035 for a linear or polynomial fit, this would be a 
24036 @texline @math{2\times N}
24037 @infoline 2xN
24038 matrix where the first row is a list of @expr{x} values and the second
24039 row has the corresponding @expr{y} values.  For the multilinear fit
24040 shown above, the matrix would have four rows (@expr{x_1}, @expr{x_2},
24041 @expr{x_3}, and @expr{y}, respectively).
24043 If you happen to have an 
24044 @texline @math{N\times2}
24045 @infoline Nx2
24046 matrix instead of a 
24047 @texline @math{2\times N}
24048 @infoline 2xN
24049 matrix, just press @kbd{v t} first to transpose the matrix.
24051 After you type @kbd{a F}, Calc prompts you to select a model.  For a
24052 linear fit, press the digit @kbd{1}.
24054 Calc then prompts for you to name the variables.  By default it chooses
24055 high letters like @expr{x} and @expr{y} for independent variables and
24056 low letters like @expr{a} and @expr{b} for parameters.  (The dependent
24057 variable doesn't need a name.)  The two kinds of variables are separated
24058 by a semicolon.  Since you generally care more about the names of the
24059 independent variables than of the parameters, Calc also allows you to
24060 name only those and let the parameters use default names.
24062 For example, suppose the data matrix
24064 @ifnottex
24065 @example
24066 @group
24067 [ [ 1, 2, 3, 4,  5  ]
24068   [ 5, 7, 9, 11, 13 ] ]
24069 @end group
24070 @end example
24071 @end ifnottex
24072 @tex
24073 \turnoffactive
24074 \turnoffactive
24075 \beforedisplay
24076 $$ \pmatrix{ 1 & 2 & 3 & 4  & 5  \cr
24077              5 & 7 & 9 & 11 & 13 }
24079 \afterdisplay
24080 @end tex
24082 @noindent
24083 is on the stack and we wish to do a simple linear fit.  Type
24084 @kbd{a F}, then @kbd{1} for the model, then @key{RET} to use
24085 the default names.  The result will be the formula @expr{3. + 2. x}
24086 on the stack.  Calc has created the model expression @kbd{a + b x},
24087 then found the optimal values of @expr{a} and @expr{b} to fit the
24088 data.  (In this case, it was able to find an exact fit.)  Calc then
24089 substituted those values for @expr{a} and @expr{b} in the model
24090 formula.
24092 The @kbd{a F} command puts two entries in the trail.  One is, as
24093 always, a copy of the result that went to the stack; the other is
24094 a vector of the actual parameter values, written as equations:
24095 @expr{[a = 3, b = 2]}, in case you'd rather read them in a list
24096 than pick them out of the formula.  (You can type @kbd{t y}
24097 to move this vector to the stack; see @ref{Trail Commands}.
24099 Specifying a different independent variable name will affect the
24100 resulting formula: @kbd{a F 1 k @key{RET}} produces @kbd{3 + 2 k}.
24101 Changing the parameter names (say, @kbd{a F 1 k;b,m @key{RET}}) will affect
24102 the equations that go into the trail.
24104 @tex
24105 \bigskip
24106 @end tex
24108 To see what happens when the fit is not exact, we could change
24109 the number 13 in the data matrix to 14 and try the fit again.
24110 The result is:
24112 @example
24113 2.6 + 2.2 x
24114 @end example
24116 Evaluating this formula, say with @kbd{v x 5 @key{RET} @key{TAB} V M $ @key{RET}}, shows
24117 a reasonably close match to the y-values in the data.
24119 @example
24120 [4.8, 7., 9.2, 11.4, 13.6]
24121 @end example
24123 Since there is no line which passes through all the @var{n} data points,
24124 Calc has chosen a line that best approximates the data points using
24125 the method of least squares.  The idea is to define the @dfn{chi-square}
24126 error measure
24128 @ifnottex
24129 @example
24130 chi^2 = sum((y_i - (a + b x_i))^2, i, 1, N)
24131 @end example
24132 @end ifnottex
24133 @tex
24134 \turnoffactive
24135 \beforedisplay
24136 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N (y_i - (a + b x_i))^2 $$
24137 \afterdisplay
24138 @end tex
24140 @noindent
24141 which is clearly zero if @expr{a + b x} exactly fits all data points,
24142 and increases as various @expr{a + b x_i} values fail to match the
24143 corresponding @expr{y_i} values.  There are several reasons why the
24144 summand is squared, one of them being to ensure that 
24145 @texline @math{\chi^2 \ge 0}.
24146 @infoline @expr{chi^2 >= 0}.
24147 Least-squares fitting simply chooses the values of @expr{a} and @expr{b}
24148 for which the error 
24149 @texline @math{\chi^2}
24150 @infoline @expr{chi^2} 
24151 is as small as possible.
24153 Other kinds of models do the same thing but with a different model
24154 formula in place of @expr{a + b x_i}.
24156 @tex
24157 \bigskip
24158 @end tex
24160 A numeric prefix argument causes the @kbd{a F} command to take the
24161 data in some other form than one big matrix.  A positive argument @var{n}
24162 will take @var{N} items from the stack, corresponding to the @var{n} rows
24163 of a data matrix.  In the linear case, @var{n} must be 2 since there
24164 is always one independent variable and one dependent variable.
24166 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} is a compromise; Calc takes two
24167 items from the stack, an @var{n}-row matrix of @expr{x} values, and a
24168 vector of @expr{y} values.  If there is only one independent variable,
24169 the @expr{x} values can be either a one-row matrix or a plain vector,
24170 in which case the @kbd{C-u} prefix is the same as a @w{@kbd{C-u 2}} prefix.
24172 @node Polynomial and Multilinear Fits, Error Estimates for Fits, Linear Fits, Curve Fitting
24173 @subsection Polynomial and Multilinear Fits
24175 @noindent
24176 To fit the data to higher-order polynomials, just type one of the
24177 digits @kbd{2} through @kbd{9} when prompted for a model.  For example,
24178 we could fit the original data matrix from the previous section
24179 (with 13, not 14) to a parabola instead of a line by typing
24180 @kbd{a F 2 @key{RET}}.
24182 @example
24183 2.00000000001 x - 1.5e-12 x^2 + 2.99999999999
24184 @end example
24186 Note that since the constant and linear terms are enough to fit the
24187 data exactly, it's no surprise that Calc chose a tiny contribution
24188 for @expr{x^2}.  (The fact that it's not exactly zero is due only
24189 to roundoff error.  Since our data are exact integers, we could get
24190 an exact answer by typing @kbd{m f} first to get Fraction mode.
24191 Then the @expr{x^2} term would vanish altogether.  Usually, though,
24192 the data being fitted will be approximate floats so Fraction mode
24193 won't help.)
24195 Doing the @kbd{a F 2} fit on the data set with 14 instead of 13
24196 gives a much larger @expr{x^2} contribution, as Calc bends the
24197 line slightly to improve the fit.
24199 @example
24200 0.142857142855 x^2 + 1.34285714287 x + 3.59999999998
24201 @end example
24203 An important result from the theory of polynomial fitting is that it
24204 is always possible to fit @var{n} data points exactly using a polynomial
24205 of degree @mathit{@var{n}-1}, sometimes called an @dfn{interpolating polynomial}.
24206 Using the modified (14) data matrix, a model number of 4 gives
24207 a polynomial that exactly matches all five data points:
24209 @example
24210 0.04167 x^4 - 0.4167 x^3 + 1.458 x^2 - 0.08333 x + 4.
24211 @end example
24213 The actual coefficients we get with a precision of 12, like
24214 @expr{0.0416666663588}, clearly suffer from loss of precision.
24215 It is a good idea to increase the working precision to several
24216 digits beyond what you need when you do a fitting operation.
24217 Or, if your data are exact, use Fraction mode to get exact
24218 results.
24220 You can type @kbd{i} instead of a digit at the model prompt to fit
24221 the data exactly to a polynomial.  This just counts the number of
24222 columns of the data matrix to choose the degree of the polynomial
24223 automatically.
24225 Fitting data ``exactly'' to high-degree polynomials is not always
24226 a good idea, though.  High-degree polynomials have a tendency to
24227 wiggle uncontrollably in between the fitting data points.  Also,
24228 if the exact-fit polynomial is going to be used to interpolate or
24229 extrapolate the data, it is numerically better to use the @kbd{a p}
24230 command described below.  @xref{Interpolation}.
24232 @tex
24233 \bigskip
24234 @end tex
24236 Another generalization of the linear model is to assume the
24237 @expr{y} values are a sum of linear contributions from several
24238 @expr{x} values.  This is a @dfn{multilinear} fit, and it is also
24239 selected by the @kbd{1} digit key.  (Calc decides whether the fit
24240 is linear or multilinear by counting the rows in the data matrix.)
24242 Given the data matrix,
24244 @example
24245 @group
24246 [ [  1,   2,   3,    4,   5  ]
24247   [  7,   2,   3,    5,   2  ]
24248   [ 14.5, 15, 18.5, 22.5, 24 ] ]
24249 @end group
24250 @end example
24252 @noindent
24253 the command @kbd{a F 1 @key{RET}} will call the first row @expr{x} and the
24254 second row @expr{y}, and will fit the values in the third row to the
24255 model @expr{a + b x + c y}.
24257 @example
24258 8. + 3. x + 0.5 y
24259 @end example
24261 Calc can do multilinear fits with any number of independent variables
24262 (i.e., with any number of data rows).
24264 @tex
24265 \bigskip
24266 @end tex
24268 Yet another variation is @dfn{homogeneous} linear models, in which
24269 the constant term is known to be zero.  In the linear case, this
24270 means the model formula is simply @expr{a x}; in the multilinear
24271 case, the model might be @expr{a x + b y + c z}; and in the polynomial
24272 case, the model could be @expr{a x + b x^2 + c x^3}.  You can get
24273 a homogeneous linear or multilinear model by pressing the letter
24274 @kbd{h} followed by a regular model key, like @kbd{1} or @kbd{2}.
24275 This will be indicated by an ``h'' in the minibuffer after the help
24276 message.
24278 It is certainly possible to have other constrained linear models,
24279 like @expr{2.3 + a x} or @expr{a - 4 x}.  While there is no single
24280 key to select models like these, a later section shows how to enter
24281 any desired model by hand.  In the first case, for example, you
24282 would enter @kbd{a F ' 2.3 + a x}.
24284 Another class of models that will work but must be entered by hand
24285 are multinomial fits, e.g., @expr{a + b x + c y + d x^2 + e y^2 + f x y}.
24287 @node Error Estimates for Fits, Standard Nonlinear Models, Polynomial and Multilinear Fits, Curve Fitting
24288 @subsection Error Estimates for Fits
24290 @noindent
24291 @kindex H a F
24292 @tindex efit
24293 With the Hyperbolic flag, @kbd{H a F} [@code{efit}] performs the same
24294 fitting operation as @kbd{a F}, but reports the coefficients as error
24295 forms instead of plain numbers.  Fitting our two data matrices (first
24296 with 13, then with 14) to a line with @kbd{H a F} gives the results,
24298 @example
24299 3. + 2. x
24300 2.6 +/- 0.382970843103 + 2.2 +/- 0.115470053838 x
24301 @end example
24303 In the first case the estimated errors are zero because the linear
24304 fit is perfect.  In the second case, the errors are nonzero but
24305 moderately small, because the data are still very close to linear.
24307 It is also possible for the @emph{input} to a fitting operation to
24308 contain error forms.  The data values must either all include errors
24309 or all be plain numbers.  Error forms can go anywhere but generally
24310 go on the numbers in the last row of the data matrix.  If the last
24311 row contains error forms
24312 @texline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@math{\sigma_i}', 
24313 @infoline `@var{y_i}@w{ @tfn{+/-} }@var{sigma_i}', 
24314 then the 
24315 @texline @math{\chi^2}
24316 @infoline @expr{chi^2}
24317 statistic is now,
24319 @ifnottex
24320 @example
24321 chi^2 = sum(((y_i - (a + b x_i)) / sigma_i)^2, i, 1, N)
24322 @end example
24323 @end ifnottex
24324 @tex
24325 \turnoffactive
24326 \beforedisplay
24327 $$ \chi^2 = \sum_{i=1}^N \left(y_i - (a + b x_i) \over \sigma_i\right)^2 $$
24328 \afterdisplay
24329 @end tex
24331 @noindent
24332 so that data points with larger error estimates contribute less to
24333 the fitting operation.
24335 If there are error forms on other rows of the data matrix, all the
24336 errors for a given data point are combined; the square root of the
24337 sum of the squares of the errors forms the 
24338 @texline @math{\sigma_i}
24339 @infoline @expr{sigma_i} 
24340 used for the data point.
24342 Both @kbd{a F} and @kbd{H a F} can accept error forms in the input
24343 matrix, although if you are concerned about error analysis you will
24344 probably use @kbd{H a F} so that the output also contains error
24345 estimates.
24347 If the input contains error forms but all the 
24348 @texline @math{\sigma_i}
24349 @infoline @expr{sigma_i} 
24350 values are the same, it is easy to see that the resulting fitted model
24351 will be the same as if the input did not have error forms at all 
24352 @texline (@math{\chi^2}
24353 @infoline (@expr{chi^2}
24354 is simply scaled uniformly by 
24355 @texline @math{1 / \sigma^2},
24356 @infoline @expr{1 / sigma^2}, 
24357 which doesn't affect where it has a minimum).  But there @emph{will} be
24358 a difference in the estimated errors of the coefficients reported by
24359 @kbd{H a F}. 
24361 Consult any text on statistical modeling of data for a discussion
24362 of where these error estimates come from and how they should be
24363 interpreted.
24365 @tex
24366 \bigskip
24367 @end tex
24369 @kindex I a F
24370 @tindex xfit
24371 With the Inverse flag, @kbd{I a F} [@code{xfit}] produces even more
24372 information.  The result is a vector of six items:
24374 @enumerate
24375 @item
24376 The model formula with error forms for its coefficients or
24377 parameters.  This is the result that @kbd{H a F} would have
24378 produced.
24380 @item
24381 A vector of ``raw'' parameter values for the model.  These are the
24382 polynomial coefficients or other parameters as plain numbers, in the
24383 same order as the parameters appeared in the final prompt of the
24384 @kbd{I a F} command.  For polynomials of degree @expr{d}, this vector
24385 will have length @expr{M = d+1} with the constant term first.
24387 @item
24388 The covariance matrix @expr{C} computed from the fit.  This is
24389 an @var{m}x@var{m} symmetric matrix; the diagonal elements
24390 @texline @math{C_{jj}}
24391 @infoline @expr{C_j_j} 
24392 are the variances 
24393 @texline @math{\sigma_j^2}
24394 @infoline @expr{sigma_j^2} 
24395 of the parameters.  The other elements are covariances
24396 @texline @math{\sigma_{ij}^2} 
24397 @infoline @expr{sigma_i_j^2} 
24398 that describe the correlation between pairs of parameters.  (A related
24399 set of numbers, the @dfn{linear correlation coefficients} 
24400 @texline @math{r_{ij}},
24401 @infoline @expr{r_i_j},
24402 are defined as 
24403 @texline @math{\sigma_{ij}^2 / \sigma_i \, \sigma_j}.)
24404 @infoline @expr{sigma_i_j^2 / sigma_i sigma_j}.)
24406 @item
24407 A vector of @expr{M} ``parameter filter'' functions whose
24408 meanings are described below.  If no filters are necessary this
24409 will instead be an empty vector; this is always the case for the
24410 polynomial and multilinear fits described so far.
24412 @item
24413 The value of 
24414 @texline @math{\chi^2}
24415 @infoline @expr{chi^2} 
24416 for the fit, calculated by the formulas shown above.  This gives a
24417 measure of the quality of the fit; statisticians consider
24418 @texline @math{\chi^2 \approx N - M}
24419 @infoline @expr{chi^2 = N - M} 
24420 to indicate a moderately good fit (where again @expr{N} is the number of
24421 data points and @expr{M} is the number of parameters).
24423 @item
24424 A measure of goodness of fit expressed as a probability @expr{Q}.
24425 This is computed from the @code{utpc} probability distribution
24426 function using 
24427 @texline @math{\chi^2}
24428 @infoline @expr{chi^2} 
24429 with @expr{N - M} degrees of freedom.  A
24430 value of 0.5 implies a good fit; some texts recommend that often
24431 @expr{Q = 0.1} or even 0.001 can signify an acceptable fit.  In
24432 particular, 
24433 @texline @math{\chi^2}
24434 @infoline @expr{chi^2} 
24435 statistics assume the errors in your inputs
24436 follow a normal (Gaussian) distribution; if they don't, you may
24437 have to accept smaller values of @expr{Q}.
24439 The @expr{Q} value is computed only if the input included error
24440 estimates.  Otherwise, Calc will report the symbol @code{nan}
24441 for @expr{Q}.  The reason is that in this case the 
24442 @texline @math{\chi^2}
24443 @infoline @expr{chi^2}
24444 value has effectively been used to estimate the original errors
24445 in the input, and thus there is no redundant information left
24446 over to use for a confidence test.
24447 @end enumerate
24449 @node Standard Nonlinear Models, Curve Fitting Details, Error Estimates for Fits, Curve Fitting
24450 @subsection Standard Nonlinear Models
24452 @noindent
24453 The @kbd{a F} command also accepts other kinds of models besides
24454 lines and polynomials.  Some common models have quick single-key
24455 abbreviations; others must be entered by hand as algebraic formulas.
24457 Here is a complete list of the standard models recognized by @kbd{a F}:
24459 @table @kbd
24460 @item 1
24461 Linear or multilinear.  @mathit{a + b x + c y + d z}.
24462 @item 2-9
24463 Polynomials.  @mathit{a + b x + c x^2 + d x^3}.
24464 @item e
24465 Exponential.  @mathit{a} @tfn{exp}@mathit{(b x)} @tfn{exp}@mathit{(c y)}.
24466 @item E
24467 Base-10 exponential.  @mathit{a} @tfn{10^}@mathit{(b x)} @tfn{10^}@mathit{(c y)}.
24468 @item x
24469 Exponential (alternate notation).  @tfn{exp}@mathit{(a + b x + c y)}.
24470 @item X
24471 Base-10 exponential (alternate).  @tfn{10^}@mathit{(a + b x + c y)}.
24472 @item l
24473 Logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{ln}@mathit{(x) + c} @tfn{ln}@mathit{(y)}.
24474 @item L
24475 Base-10 logarithmic.  @mathit{a + b} @tfn{log10}@mathit{(x) + c} @tfn{log10}@mathit{(y)}.
24476 @item ^
24477 General exponential.  @mathit{a b^x c^y}.
24478 @item p
24479 Power law.  @mathit{a x^b y^c}.
24480 @item q
24481 Quadratic.  @mathit{a + b (x-c)^2 + d (x-e)^2}.
24482 @item g
24483 Gaussian.  
24484 @texline @math{{a \over b \sqrt{2 \pi}} \exp\left( -{1 \over 2} \left( x - c \over b \right)^2 \right)}.
24485 @infoline @mathit{(a / b sqrt(2 pi)) exp(-0.5*((x-c)/b)^2)}.
24486 @item s
24487 Logistic @emph{s} curve.
24488 @texline @math{a/(1+e^{b(x-c)})}.
24489 @infoline @mathit{a/(1 + exp(b (x - c)))}.
24490 @item b
24491 Logistic bell curve.
24492 @texline @math{ae^{b(x-c)}/(1+e^{b(x-c)})^2}.
24493 @infoline @mathit{a exp(b (x - c))/(1 + exp(b (x - c)))^2}.
24494 @item o
24495 Hubbert linearization.
24496 @texline @math{{y \over x} = a(1-x/b)}.
24497 @infoline @mathit{(y/x) = a (1 - x/b)}.
24498 @end table
24500 All of these models are used in the usual way; just press the appropriate
24501 letter at the model prompt, and choose variable names if you wish.  The
24502 result will be a formula as shown in the above table, with the best-fit
24503 values of the parameters substituted.  (You may find it easier to read
24504 the parameter values from the vector that is placed in the trail.)
24506 All models except Gaussian, logistics, Hubbert and polynomials can
24507 generalize as shown to any number of independent variables.  Also, all
24508 the built-in models except for the logistic and Hubbert curves have an 
24509 additive or multiplicative parameter shown as @expr{a} in the above table
24510 which can be replaced by zero or one, as appropriate, by typing @kbd{h}
24511 before the model key.
24513 Note that many of these models are essentially equivalent, but express
24514 the parameters slightly differently.  For example, @expr{a b^x} and
24515 the other two exponential models are all algebraic rearrangements of
24516 each other.  Also, the ``quadratic'' model is just a degree-2 polynomial
24517 with the parameters expressed differently.  Use whichever form best
24518 matches the problem.
24520 The HP-28/48 calculators support four different models for curve
24521 fitting, called @code{LIN}, @code{LOG}, @code{EXP}, and @code{PWR}.
24522 These correspond to Calc models @samp{a + b x}, @samp{a + b ln(x)},
24523 @samp{a exp(b x)}, and @samp{a x^b}, respectively.  In each case,
24524 @expr{a} is what the HP-48 identifies as the ``intercept,'' and
24525 @expr{b} is what it calls the ``slope.''
24527 @tex
24528 \bigskip
24529 @end tex
24531 If the model you want doesn't appear on this list, press @kbd{'}
24532 (the apostrophe key) at the model prompt to enter any algebraic
24533 formula, such as @kbd{m x - b}, as the model.  (Not all models
24534 will work, though---see the next section for details.)
24536 The model can also be an equation like @expr{y = m x + b}.
24537 In this case, Calc thinks of all the rows of the data matrix on
24538 equal terms; this model effectively has two parameters
24539 (@expr{m} and @expr{b}) and two independent variables (@expr{x}
24540 and @expr{y}), with no ``dependent'' variables.  Model equations
24541 do not need to take this @expr{y =} form.  For example, the
24542 implicit line equation @expr{a x + b y = 1} works fine as a
24543 model.
24545 When you enter a model, Calc makes an alphabetical list of all
24546 the variables that appear in the model.  These are used for the
24547 default parameters, independent variables, and dependent variable
24548 (in that order).  If you enter a plain formula (not an equation),
24549 Calc assumes the dependent variable does not appear in the formula
24550 and thus does not need a name.
24552 For example, if the model formula has the variables @expr{a,mu,sigma,t,x},
24553 and the data matrix has three rows (meaning two independent variables),
24554 Calc will use @expr{a,mu,sigma} as the default parameters, and the
24555 data rows will be named @expr{t} and @expr{x}, respectively.  If you
24556 enter an equation instead of a plain formula, Calc will use @expr{a,mu}
24557 as the parameters, and @expr{sigma,t,x} as the three independent
24558 variables.
24560 You can, of course, override these choices by entering something
24561 different at the prompt.  If you leave some variables out of the list,
24562 those variables must have stored values and those stored values will
24563 be used as constants in the model.  (Stored values for the parameters
24564 and independent variables are ignored by the @kbd{a F} command.)
24565 If you list only independent variables, all the remaining variables
24566 in the model formula will become parameters.
24568 If there are @kbd{$} signs in the model you type, they will stand
24569 for parameters and all other variables (in alphabetical order)
24570 will be independent.  Use @kbd{$} for one parameter, @kbd{$$} for
24571 another, and so on.  Thus @kbd{$ x + $$} is another way to describe
24572 a linear model.
24574 If you type a @kbd{$} instead of @kbd{'} at the model prompt itself,
24575 Calc will take the model formula from the stack.  (The data must then
24576 appear at the second stack level.)  The same conventions are used to
24577 choose which variables in the formula are independent by default and
24578 which are parameters.
24580 Models taken from the stack can also be expressed as vectors of
24581 two or three elements, @expr{[@var{model}, @var{vars}]} or
24582 @expr{[@var{model}, @var{vars}, @var{params}]}.  Each of @var{vars}
24583 and @var{params} may be either a variable or a vector of variables.
24584 (If @var{params} is omitted, all variables in @var{model} except
24585 those listed as @var{vars} are parameters.)
24587 When you enter a model manually with @kbd{'}, Calc puts a 3-vector
24588 describing the model in the trail so you can get it back if you wish.
24590 @tex
24591 \bigskip
24592 @end tex
24594 @vindex Model1
24595 @vindex Model2
24596 Finally, you can store a model in one of the Calc variables
24597 @code{Model1} or @code{Model2}, then use this model by typing
24598 @kbd{a F u} or @kbd{a F U} (respectively).  The value stored in
24599 the variable can be any of the formats that @kbd{a F $} would
24600 accept for a model on the stack.
24602 @tex
24603 \bigskip
24604 @end tex
24606 Calc uses the principal values of inverse functions like @code{ln}
24607 and @code{arcsin} when doing fits.  For example, when you enter
24608 the model @samp{y = sin(a t + b)} Calc actually uses the easier
24609 form @samp{arcsin(y) = a t + b}.  The @code{arcsin} function always
24610 returns results in the range from @mathit{-90} to 90 degrees (or the
24611 equivalent range in radians).  Suppose you had data that you
24612 believed to represent roughly three oscillations of a sine wave,
24613 so that the argument of the sine might go from zero to 
24614 @texline @math{3\times360}
24615 @infoline @mathit{3*360} 
24616 degrees.
24617 The above model would appear to be a good way to determine the
24618 true frequency and phase of the sine wave, but in practice it
24619 would fail utterly.  The righthand side of the actual model
24620 @samp{arcsin(y) = a t + b} will grow smoothly with @expr{t}, but
24621 the lefthand side will bounce back and forth between @mathit{-90} and 90.
24622 No values of @expr{a} and @expr{b} can make the two sides match,
24623 even approximately.
24625 There is no good solution to this problem at present.  You could
24626 restrict your data to small enough ranges so that the above problem
24627 doesn't occur (i.e., not straddling any peaks in the sine wave).
24628 Or, in this case, you could use a totally different method such as
24629 Fourier analysis, which is beyond the scope of the @kbd{a F} command.
24630 (Unfortunately, Calc does not currently have any facilities for
24631 taking Fourier and related transforms.)
24633 @node Curve Fitting Details, Interpolation, Standard Nonlinear Models, Curve Fitting
24634 @subsection Curve Fitting Details
24636 @noindent
24637 Calc's internal least-squares fitter can only handle multilinear
24638 models.  More precisely, it can handle any model of the form
24639 @expr{a f(x,y,z) + b g(x,y,z) + c h(x,y,z)}, where @expr{a,b,c}
24640 are the parameters and @expr{x,y,z} are the independent variables
24641 (of course there can be any number of each, not just three).
24643 In a simple multilinear or polynomial fit, it is easy to see how
24644 to convert the model into this form.  For example, if the model
24645 is @expr{a + b x + c x^2}, then @expr{f(x) = 1}, @expr{g(x) = x},
24646 and @expr{h(x) = x^2} are suitable functions.
24648 For most other models, Calc uses a variety of algebraic manipulations
24649 to try to put the problem into the form
24651 @smallexample
24652 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)
24653 @end smallexample
24655 @noindent
24656 where @expr{Y,A,B,C,F,G,H} are arbitrary functions.  It computes
24657 @expr{Y}, @expr{F}, @expr{G}, and @expr{H} for all the data points,
24658 does a standard linear fit to find the values of @expr{A}, @expr{B},
24659 and @expr{C}, then uses the equation solver to solve for @expr{a,b,c}
24660 in terms of @expr{A,B,C}.
24662 A remarkable number of models can be cast into this general form.
24663 We'll look at two examples here to see how it works.  The power-law
24664 model @expr{y = a x^b} with two independent variables and two parameters
24665 can be rewritten as follows:
24667 @example
24668 y = a x^b
24669 y = a exp(b ln(x))
24670 y = exp(ln(a) + b ln(x))
24671 ln(y) = ln(a) + b ln(x)
24672 @end example
24674 @noindent
24675 which matches the desired form with 
24676 @texline @math{Y = \ln(y)},
24677 @infoline @expr{Y = ln(y)}, 
24678 @texline @math{A = \ln(a)},
24679 @infoline @expr{A = ln(a)},
24680 @expr{F = 1}, @expr{B = b}, and 
24681 @texline @math{G = \ln(x)}.
24682 @infoline @expr{G = ln(x)}.  
24683 Calc thus computes the logarithms of your @expr{y} and @expr{x} values,
24684 does a linear fit for @expr{A} and @expr{B}, then solves to get 
24685 @texline @math{a = \exp(A)} 
24686 @infoline @expr{a = exp(A)} 
24687 and @expr{b = B}.
24689 Another interesting example is the ``quadratic'' model, which can
24690 be handled by expanding according to the distributive law.
24692 @example
24693 y = a + b*(x - c)^2
24694 y = a + b c^2 - 2 b c x + b x^2
24695 @end example
24697 @noindent
24698 which matches with @expr{Y = y}, @expr{A = a + b c^2}, @expr{F = 1},
24699 @expr{B = -2 b c}, @expr{G = x} (the @mathit{-2} factor could just as easily
24700 have been put into @expr{G} instead of @expr{B}), @expr{C = b}, and
24701 @expr{H = x^2}.
24703 The Gaussian model looks quite complicated, but a closer examination
24704 shows that it's actually similar to the quadratic model but with an
24705 exponential that can be brought to the top and moved into @expr{Y}.
24707 The logistic models cannot be put into general linear form.  For these
24708 models, and the Hubbert linearization, Calc computes a rough
24709 approximation for the parameters, then uses the Levenberg-Marquardt
24710 iterative method to refine the approximations.
24712 Another model that cannot be put into general linear
24713 form is a Gaussian with a constant background added on, i.e.,
24714 @expr{d} + the regular Gaussian formula.  If you have a model like
24715 this, your best bet is to replace enough of your parameters with
24716 constants to make the model linearizable, then adjust the constants
24717 manually by doing a series of fits.  You can compare the fits by
24718 graphing them, by examining the goodness-of-fit measures returned by
24719 @kbd{I a F}, or by some other method suitable to your application.
24720 Note that some models can be linearized in several ways.  The
24721 Gaussian-plus-@var{d} model can be linearized by setting @expr{d}
24722 (the background) to a constant, or by setting @expr{b} (the standard
24723 deviation) and @expr{c} (the mean) to constants.
24725 To fit a model with constants substituted for some parameters, just
24726 store suitable values in those parameter variables, then omit them
24727 from the list of parameters when you answer the variables prompt.
24729 @tex
24730 \bigskip
24731 @end tex
24733 A last desperate step would be to use the general-purpose
24734 @code{minimize} function rather than @code{fit}.  After all, both
24735 functions solve the problem of minimizing an expression (the 
24736 @texline @math{\chi^2}
24737 @infoline @expr{chi^2}
24738 sum) by adjusting certain parameters in the expression.  The @kbd{a F}
24739 command is able to use a vastly more efficient algorithm due to its
24740 special knowledge about linear chi-square sums, but the @kbd{a N}
24741 command can do the same thing by brute force.
24743 A compromise would be to pick out a few parameters without which the
24744 fit is linearizable, and use @code{minimize} on a call to @code{fit}
24745 which efficiently takes care of the rest of the parameters.  The thing
24746 to be minimized would be the value of 
24747 @texline @math{\chi^2}
24748 @infoline @expr{chi^2} 
24749 returned as the fifth result of the @code{xfit} function:
24751 @smallexample
24752 minimize(xfit(gaus(a,b,c,d,x), x, [a,b,c], data)_5, d, guess)
24753 @end smallexample
24755 @noindent
24756 where @code{gaus} represents the Gaussian model with background,
24757 @code{data} represents the data matrix, and @code{guess} represents
24758 the initial guess for @expr{d} that @code{minimize} requires.
24759 This operation will only be, shall we say, extraordinarily slow
24760 rather than astronomically slow (as would be the case if @code{minimize}
24761 were used by itself to solve the problem).
24763 @tex
24764 \bigskip
24765 @end tex
24767 The @kbd{I a F} [@code{xfit}] command is somewhat trickier when
24768 nonlinear models are used.  The second item in the result is the
24769 vector of ``raw'' parameters @expr{A}, @expr{B}, @expr{C}.  The
24770 covariance matrix is written in terms of those raw parameters.
24771 The fifth item is a vector of @dfn{filter} expressions.  This
24772 is the empty vector @samp{[]} if the raw parameters were the same
24773 as the requested parameters, i.e., if @expr{A = a}, @expr{B = b},
24774 and so on (which is always true if the model is already linear
24775 in the parameters as written, e.g., for polynomial fits).  If the
24776 parameters had to be rearranged, the fifth item is instead a vector
24777 of one formula per parameter in the original model.  The raw
24778 parameters are expressed in these ``filter'' formulas as
24779 @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)} for @expr{B},
24780 and so on.
24782 When Calc needs to modify the model to return the result, it replaces
24783 @samp{fitdummy(1)} in all the filters with the first item in the raw
24784 parameters list, and so on for the other raw parameters, then
24785 evaluates the resulting filter formulas to get the actual parameter
24786 values to be substituted into the original model.  In the case of
24787 @kbd{H a F} and @kbd{I a F} where the parameters must be error forms,
24788 Calc uses the square roots of the diagonal entries of the covariance
24789 matrix as error values for the raw parameters, then lets Calc's
24790 standard error-form arithmetic take it from there.
24792 If you use @kbd{I a F} with a nonlinear model, be sure to remember
24793 that the covariance matrix is in terms of the raw parameters,
24794 @emph{not} the actual requested parameters.  It's up to you to
24795 figure out how to interpret the covariances in the presence of
24796 nontrivial filter functions.
24798 Things are also complicated when the input contains error forms.
24799 Suppose there are three independent and dependent variables, @expr{x},
24800 @expr{y}, and @expr{z}, one or more of which are error forms in the
24801 data.  Calc combines all the error values by taking the square root
24802 of the sum of the squares of the errors.  It then changes @expr{x}
24803 and @expr{y} to be plain numbers, and makes @expr{z} into an error
24804 form with this combined error.  The @expr{Y(x,y,z)} part of the
24805 linearized model is evaluated, and the result should be an error
24806 form.  The error part of that result is used for 
24807 @texline @math{\sigma_i}
24808 @infoline @expr{sigma_i} 
24809 for the data point.  If for some reason @expr{Y(x,y,z)} does not return 
24810 an error form, the combined error from @expr{z} is used directly for 
24811 @texline @math{\sigma_i}.
24812 @infoline @expr{sigma_i}.  
24813 Finally, @expr{z} is also stripped of its error
24814 for use in computing @expr{F(x,y,z)}, @expr{G(x,y,z)} and so on;
24815 the righthand side of the linearized model is computed in regular
24816 arithmetic with no error forms.
24818 (While these rules may seem complicated, they are designed to do
24819 the most reasonable thing in the typical case that @expr{Y(x,y,z)}
24820 depends only on the dependent variable @expr{z}, and in fact is
24821 often simply equal to @expr{z}.  For common cases like polynomials
24822 and multilinear models, the combined error is simply used as the
24823 @texline @math{\sigma}
24824 @infoline @expr{sigma} 
24825 for the data point with no further ado.)
24827 @tex
24828 \bigskip
24829 @end tex
24831 @vindex FitRules
24832 It may be the case that the model you wish to use is linearizable,
24833 but Calc's built-in rules are unable to figure it out.  Calc uses
24834 its algebraic rewrite mechanism to linearize a model.  The rewrite
24835 rules are kept in the variable @code{FitRules}.  You can edit this
24836 variable using the @kbd{s e FitRules} command; in fact, there is
24837 a special @kbd{s F} command just for editing @code{FitRules}.
24838 @xref{Operations on Variables}.
24840 @xref{Rewrite Rules}, for a discussion of rewrite rules.
24842 @ignore
24843 @starindex
24844 @end ignore
24845 @tindex fitvar
24846 @ignore
24847 @starindex
24848 @end ignore
24849 @ignore
24850 @mindex @idots
24851 @end ignore
24852 @tindex fitparam
24853 @ignore
24854 @starindex
24855 @end ignore
24856 @ignore
24857 @mindex @null
24858 @end ignore
24859 @tindex fitmodel
24860 @ignore
24861 @starindex
24862 @end ignore
24863 @ignore
24864 @mindex @null
24865 @end ignore
24866 @tindex fitsystem
24867 @ignore
24868 @starindex
24869 @end ignore
24870 @ignore
24871 @mindex @null
24872 @end ignore
24873 @tindex fitdummy
24874 Calc uses @code{FitRules} as follows.  First, it converts the model
24875 to an equation if necessary and encloses the model equation in a
24876 call to the function @code{fitmodel} (which is not actually a defined
24877 function in Calc; it is only used as a placeholder by the rewrite rules).
24878 Parameter variables are renamed to function calls @samp{fitparam(1)},
24879 @samp{fitparam(2)}, and so on, and independent variables are renamed
24880 to @samp{fitvar(1)}, @samp{fitvar(2)}, etc.  The dependent variable
24881 is the highest-numbered @code{fitvar}.  For example, the power law
24882 model @expr{a x^b} is converted to @expr{y = a x^b}, then to
24884 @smallexample
24885 @group
24886 fitmodel(fitvar(2) = fitparam(1) fitvar(1)^fitparam(2))
24887 @end group
24888 @end smallexample
24890 Calc then applies the rewrites as if by @samp{C-u 0 a r FitRules}.
24891 (The zero prefix means that rewriting should continue until no further
24892 changes are possible.)
24894 When rewriting is complete, the @code{fitmodel} call should have
24895 been replaced by a @code{fitsystem} call that looks like this:
24897 @example
24898 fitsystem(@var{Y}, @var{FGH}, @var{abc})
24899 @end example
24901 @noindent
24902 where @var{Y} is a formula that describes the function @expr{Y(x,y,z)},
24903 @var{FGH} is the vector of formulas @expr{[F(x,y,z), G(x,y,z), H(x,y,z)]},
24904 and @var{abc} is the vector of parameter filters which refer to the
24905 raw parameters as @samp{fitdummy(1)} for @expr{A}, @samp{fitdummy(2)}
24906 for @expr{B}, etc.  While the number of raw parameters (the length of
24907 the @var{FGH} vector) is usually the same as the number of original
24908 parameters (the length of the @var{abc} vector), this is not required.
24910 The power law model eventually boils down to
24912 @smallexample
24913 @group
24914 fitsystem(ln(fitvar(2)),
24915           [1, ln(fitvar(1))],
24916           [exp(fitdummy(1)), fitdummy(2)])
24917 @end group
24918 @end smallexample
24920 The actual implementation of @code{FitRules} is complicated; it
24921 proceeds in four phases.  First, common rearrangements are done
24922 to try to bring linear terms together and to isolate functions like
24923 @code{exp} and @code{ln} either all the way ``out'' (so that they
24924 can be put into @var{Y}) or all the way ``in'' (so that they can
24925 be put into @var{abc} or @var{FGH}).  In particular, all
24926 non-constant powers are converted to logs-and-exponentials form,
24927 and the distributive law is used to expand products of sums.
24928 Quotients are rewritten to use the @samp{fitinv} function, where
24929 @samp{fitinv(x)} represents @expr{1/x} while the @code{FitRules}
24930 are operating.  (The use of @code{fitinv} makes recognition of
24931 linear-looking forms easier.)  If you modify @code{FitRules}, you
24932 will probably only need to modify the rules for this phase.
24934 Phase two, whose rules can actually also apply during phases one
24935 and three, first rewrites @code{fitmodel} to a two-argument
24936 form @samp{fitmodel(@var{Y}, @var{model})}, where @var{Y} is
24937 initially zero and @var{model} has been changed from @expr{a=b}
24938 to @expr{a-b} form.  It then tries to peel off invertible functions
24939 from the outside of @var{model} and put them into @var{Y} instead,
24940 calling the equation solver to invert the functions.  Finally, when
24941 this is no longer possible, the @code{fitmodel} is changed to a
24942 four-argument @code{fitsystem}, where the fourth argument is
24943 @var{model} and the @var{FGH} and @var{abc} vectors are initially
24944 empty.  (The last vector is really @var{ABC}, corresponding to
24945 raw parameters, for now.)
24947 Phase three converts a sum of items in the @var{model} to a sum
24948 of @samp{fitpart(@var{a}, @var{b}, @var{c})} terms which represent
24949 terms @samp{@var{a}*@var{b}*@var{c}} of the sum, where @var{a}
24950 is all factors that do not involve any variables, @var{b} is all
24951 factors that involve only parameters, and @var{c} is the factors
24952 that involve only independent variables.  (If this decomposition
24953 is not possible, the rule set will not complete and Calc will
24954 complain that the model is too complex.)  Then @code{fitpart}s
24955 with equal @var{b} or @var{c} components are merged back together
24956 using the distributive law in order to minimize the number of
24957 raw parameters needed.
24959 Phase four moves the @code{fitpart} terms into the @var{FGH} and
24960 @var{ABC} vectors.  Also, some of the algebraic expansions that
24961 were done in phase 1 are undone now to make the formulas more
24962 computationally efficient.  Finally, it calls the solver one more
24963 time to convert the @var{ABC} vector to an @var{abc} vector, and
24964 removes the fourth @var{model} argument (which by now will be zero)
24965 to obtain the three-argument @code{fitsystem} that the linear
24966 least-squares solver wants to see.
24968 @ignore
24969 @starindex
24970 @end ignore
24971 @ignore
24972 @mindex hasfit@idots
24973 @end ignore
24974 @tindex hasfitparams
24975 @ignore
24976 @starindex
24977 @end ignore
24978 @ignore
24979 @mindex @null
24980 @end ignore
24981 @tindex hasfitvars
24982 Two functions which are useful in connection with @code{FitRules}
24983 are @samp{hasfitparams(x)} and @samp{hasfitvars(x)}, which check
24984 whether @expr{x} refers to any parameters or independent variables,
24985 respectively.  Specifically, these functions return ``true'' if the
24986 argument contains any @code{fitparam} (or @code{fitvar}) function
24987 calls, and ``false'' otherwise.  (Recall that ``true'' means a
24988 nonzero number, and ``false'' means zero.  The actual nonzero number
24989 returned is the largest @var{n} from all the @samp{fitparam(@var{n})}s
24990 or @samp{fitvar(@var{n})}s, respectively, that appear in the formula.)
24992 @tex
24993 \bigskip
24994 @end tex
24996 The @code{fit} function in algebraic notation normally takes four
24997 arguments, @samp{fit(@var{model}, @var{vars}, @var{params}, @var{data})},
24998 where @var{model} is the model formula as it would be typed after
24999 @kbd{a F '}, @var{vars} is the independent variable or a vector of
25000 independent variables, @var{params} likewise gives the parameter(s),
25001 and @var{data} is the data matrix.  Note that the length of @var{vars}
25002 must be equal to the number of rows in @var{data} if @var{model} is
25003 an equation, or one less than the number of rows if @var{model} is
25004 a plain formula.  (Actually, a name for the dependent variable is
25005 allowed but will be ignored in the plain-formula case.)
25007 If @var{params} is omitted, the parameters are all variables in
25008 @var{model} except those that appear in @var{vars}.  If @var{vars}
25009 is also omitted, Calc sorts all the variables that appear in
25010 @var{model} alphabetically and uses the higher ones for @var{vars}
25011 and the lower ones for @var{params}.
25013 Alternatively, @samp{fit(@var{modelvec}, @var{data})} is allowed
25014 where @var{modelvec} is a 2- or 3-vector describing the model
25015 and variables, as discussed previously.
25017 If Calc is unable to do the fit, the @code{fit} function is left
25018 in symbolic form, ordinarily with an explanatory message.  The
25019 message will be ``Model expression is too complex'' if the
25020 linearizer was unable to put the model into the required form.
25022 The @code{efit} (corresponding to @kbd{H a F}) and @code{xfit}
25023 (for @kbd{I a F}) functions are completely analogous.
25025 @node Interpolation,  , Curve Fitting Details, Curve Fitting
25026 @subsection Polynomial Interpolation
25028 @kindex a p
25029 @pindex calc-poly-interp
25030 @tindex polint
25031 The @kbd{a p} (@code{calc-poly-interp}) [@code{polint}] command does
25032 a polynomial interpolation at a particular @expr{x} value.  It takes
25033 two arguments from the stack:  A data matrix of the sort used by
25034 @kbd{a F}, and a single number which represents the desired @expr{x}
25035 value.  Calc effectively does an exact polynomial fit as if by @kbd{a F i},
25036 then substitutes the @expr{x} value into the result in order to get an
25037 approximate @expr{y} value based on the fit.  (Calc does not actually
25038 use @kbd{a F i}, however; it uses a direct method which is both more
25039 efficient and more numerically stable.)
25041 The result of @kbd{a p} is actually a vector of two values:  The @expr{y}
25042 value approximation, and an error measure @expr{dy} that reflects Calc's
25043 estimation of the probable error of the approximation at that value of
25044 @expr{x}.  If the input @expr{x} is equal to any of the @expr{x} values
25045 in the data matrix, the output @expr{y} will be the corresponding @expr{y}
25046 value from the matrix, and the output @expr{dy} will be exactly zero.
25048 A prefix argument of 2 causes @kbd{a p} to take separate x- and
25049 y-vectors from the stack instead of one data matrix.
25051 If @expr{x} is a vector of numbers, @kbd{a p} will return a matrix of
25052 interpolated results for each of those @expr{x} values.  (The matrix will
25053 have two columns, the @expr{y} values and the @expr{dy} values.)
25054 If @expr{x} is a formula instead of a number, the @code{polint} function
25055 remains in symbolic form; use the @kbd{a "} command to expand it out to
25056 a formula that describes the fit in symbolic terms.
25058 In all cases, the @kbd{a p} command leaves the data vectors or matrix
25059 on the stack.  Only the @expr{x} value is replaced by the result.
25061 @kindex H a p
25062 @tindex ratint
25063 The @kbd{H a p} [@code{ratint}] command does a rational function
25064 interpolation.  It is used exactly like @kbd{a p}, except that it
25065 uses as its model the quotient of two polynomials.  If there are
25066 @expr{N} data points, the numerator and denominator polynomials will
25067 each have degree @expr{N/2} (if @expr{N} is odd, the denominator will
25068 have degree one higher than the numerator).
25070 Rational approximations have the advantage that they can accurately
25071 describe functions that have poles (points at which the function's value
25072 goes to infinity, so that the denominator polynomial of the approximation
25073 goes to zero).  If @expr{x} corresponds to a pole of the fitted rational
25074 function, then the result will be a division by zero.  If Infinite mode
25075 is enabled, the result will be @samp{[uinf, uinf]}.
25077 There is no way to get the actual coefficients of the rational function
25078 used by @kbd{H a p}.  (The algorithm never generates these coefficients
25079 explicitly, and quotients of polynomials are beyond @w{@kbd{a F}}'s
25080 capabilities to fit.)
25082 @node Summations, Logical Operations, Curve Fitting, Algebra
25083 @section Summations
25085 @noindent
25086 @cindex Summation of a series
25087 @kindex a +
25088 @pindex calc-summation
25089 @tindex sum
25090 The @kbd{a +} (@code{calc-summation}) [@code{sum}] command computes
25091 the sum of a formula over a certain range of index values.  The formula
25092 is taken from the top of the stack; the command prompts for the
25093 name of the summation index variable, the lower limit of the
25094 sum (any formula), and the upper limit of the sum.  If you
25095 enter a blank line at any of these prompts, that prompt and
25096 any later ones are answered by reading additional elements from
25097 the stack.  Thus, @kbd{' k^2 @key{RET} ' k @key{RET} 1 @key{RET} 5 @key{RET} a + @key{RET}}
25098 produces the result 55.
25099 @tex
25100 \turnoffactive
25101 $$ \sum_{k=1}^5 k^2 = 55 $$
25102 @end tex
25104 The choice of index variable is arbitrary, but it's best not to
25105 use a variable with a stored value.  In particular, while
25106 @code{i} is often a favorite index variable, it should be avoided
25107 in Calc because @code{i} has the imaginary constant @expr{(0, 1)}
25108 as a value.  If you pressed @kbd{=} on a sum over @code{i}, it would
25109 be changed to a nonsensical sum over the ``variable'' @expr{(0, 1)}!
25110 If you really want to use @code{i} as an index variable, use
25111 @w{@kbd{s u i @key{RET}}} first to ``unstore'' this variable.
25112 (@xref{Storing Variables}.)
25114 A numeric prefix argument steps the index by that amount rather
25115 than by one.  Thus @kbd{' a_k @key{RET} C-u -2 a + k @key{RET} 10 @key{RET} 0 @key{RET}}
25116 yields @samp{a_10 + a_8 + a_6 + a_4 + a_2 + a_0}.  A prefix
25117 argument of plain @kbd{C-u} causes @kbd{a +} to prompt for the
25118 step value, in which case you can enter any formula or enter
25119 a blank line to take the step value from the stack.  With the
25120 @kbd{C-u} prefix, @kbd{a +} can take up to five arguments from
25121 the stack:  The formula, the variable, the lower limit, the
25122 upper limit, and (at the top of the stack), the step value.
25124 Calc knows how to do certain sums in closed form.  For example,
25125 @samp{sum(6 k^2, k, 1, n) = @w{2 n^3} + 3 n^2 + n}.  In particular,
25126 this is possible if the formula being summed is polynomial or
25127 exponential in the index variable.  Sums of logarithms are
25128 transformed into logarithms of products.  Sums of trigonometric
25129 and hyperbolic functions are transformed to sums of exponentials
25130 and then done in closed form.  Also, of course, sums in which the
25131 lower and upper limits are both numbers can always be evaluated
25132 just by grinding them out, although Calc will use closed forms
25133 whenever it can for the sake of efficiency.
25135 The notation for sums in algebraic formulas is
25136 @samp{sum(@var{expr}, @var{var}, @var{low}, @var{high}, @var{step})}.
25137 If @var{step} is omitted, it defaults to one.  If @var{high} is
25138 omitted, @var{low} is actually the upper limit and the lower limit
25139 is one.  If @var{low} is also omitted, the limits are @samp{-inf}
25140 and @samp{inf}, respectively.
25142 Infinite sums can sometimes be evaluated:  @samp{sum(.5^k, k, 1, inf)}
25143 returns @expr{1}.  This is done by evaluating the sum in closed
25144 form (to @samp{1. - 0.5^n} in this case), then evaluating this
25145 formula with @code{n} set to @code{inf}.  Calc's usual rules
25146 for ``infinite'' arithmetic can find the answer from there.  If
25147 infinite arithmetic yields a @samp{nan}, or if the sum cannot be
25148 solved in closed form, Calc leaves the @code{sum} function in
25149 symbolic form.  @xref{Infinities}.
25151 As a special feature, if the limits are infinite (or omitted, as
25152 described above) but the formula includes vectors subscripted by
25153 expressions that involve the iteration variable, Calc narrows
25154 the limits to include only the range of integers which result in
25155 valid subscripts for the vector.  For example, the sum
25156 @samp{sum(k [a,b,c,d,e,f,g]_(2k),k)} evaluates to @samp{b + 2 d + 3 f}.
25158 The limits of a sum do not need to be integers.  For example,
25159 @samp{sum(a_k, k, 0, 2 n, n)} produces @samp{a_0 + a_n + a_(2 n)}.
25160 Calc computes the number of iterations using the formula
25161 @samp{1 + (@var{high} - @var{low}) / @var{step}}, which must,
25162 after simplification as if by @kbd{a s}, evaluate to an integer.
25164 If the number of iterations according to the above formula does
25165 not come out to an integer, the sum is invalid and will be left
25166 in symbolic form.  However, closed forms are still supplied, and
25167 you are on your honor not to misuse the resulting formulas by
25168 substituting mismatched bounds into them.  For example,
25169 @samp{sum(k, k, 1, 10, 2)} is invalid, but Calc will go ahead and
25170 evaluate the closed form solution for the limits 1 and 10 to get
25171 the rather dubious answer, 29.25.
25173 If the lower limit is greater than the upper limit (assuming a
25174 positive step size), the result is generally zero.  However,
25175 Calc only guarantees a zero result when the upper limit is
25176 exactly one step less than the lower limit, i.e., if the number
25177 of iterations is @mathit{-1}.  Thus @samp{sum(f(k), k, n, n-1)} is zero
25178 but the sum from @samp{n} to @samp{n-2} may report a nonzero value
25179 if Calc used a closed form solution.
25181 Calc's logical predicates like @expr{a < b} return 1 for ``true''
25182 and 0 for ``false.''  @xref{Logical Operations}.  This can be
25183 used to advantage for building conditional sums.  For example,
25184 @samp{sum(prime(k)*k^2, k, 1, 20)} is the sum of the squares of all
25185 prime numbers from 1 to 20; the @code{prime} predicate returns 1 if
25186 its argument is prime and 0 otherwise.  You can read this expression
25187 as ``the sum of @expr{k^2}, where @expr{k} is prime.''  Indeed,
25188 @samp{sum(prime(k)*k^2, k)} would represent the sum of @emph{all} primes
25189 squared, since the limits default to plus and minus infinity, but
25190 there are no such sums that Calc's built-in rules can do in
25191 closed form.
25193 As another example, @samp{sum((k != k_0) * f(k), k, 1, n)} is the
25194 sum of @expr{f(k)} for all @expr{k} from 1 to @expr{n}, excluding
25195 one value @expr{k_0}.  Slightly more tricky is the summand
25196 @samp{(k != k_0) / (k - k_0)}, which is an attempt to describe
25197 the sum of all @expr{1/(k-k_0)} except at @expr{k = k_0}, where
25198 this would be a division by zero.  But at @expr{k = k_0}, this
25199 formula works out to the indeterminate form @expr{0 / 0}, which
25200 Calc will not assume is zero.  Better would be to use
25201 @samp{(k != k_0) ? 1/(k-k_0) : 0}; the @samp{? :} operator does
25202 an ``if-then-else'' test:  This expression says, ``if 
25203 @texline @math{k \ne k_0},
25204 @infoline @expr{k != k_0},
25205 then @expr{1/(k-k_0)}, else zero.''  Now the formula @expr{1/(k-k_0)}
25206 will not even be evaluated by Calc when @expr{k = k_0}.
25208 @cindex Alternating sums
25209 @kindex a -
25210 @pindex calc-alt-summation
25211 @tindex asum
25212 The @kbd{a -} (@code{calc-alt-summation}) [@code{asum}] command
25213 computes an alternating sum.  Successive terms of the sequence
25214 are given alternating signs, with the first term (corresponding
25215 to the lower index value) being positive.  Alternating sums
25216 are converted to normal sums with an extra term of the form
25217 @samp{(-1)^(k-@var{low})}.  This formula is adjusted appropriately
25218 if the step value is other than one.  For example, the Taylor
25219 series for the sine function is @samp{asum(x^k / k!, k, 1, inf, 2)}.
25220 (Calc cannot evaluate this infinite series, but it can approximate
25221 it if you replace @code{inf} with any particular odd number.)
25222 Calc converts this series to a regular sum with a step of one,
25223 namely @samp{sum((-1)^k x^(2k+1) / (2k+1)!, k, 0, inf)}.
25225 @cindex Product of a sequence
25226 @kindex a *
25227 @pindex calc-product
25228 @tindex prod
25229 The @kbd{a *} (@code{calc-product}) [@code{prod}] command is
25230 the analogous way to take a product of many terms.  Calc also knows
25231 some closed forms for products, such as @samp{prod(k, k, 1, n) = n!}.
25232 Conditional products can be written @samp{prod(k^prime(k), k, 1, n)}
25233 or @samp{prod(prime(k) ? k : 1, k, 1, n)}.
25235 @kindex a T
25236 @pindex calc-tabulate
25237 @tindex table
25238 The @kbd{a T} (@code{calc-tabulate}) [@code{table}] command
25239 evaluates a formula at a series of iterated index values, just
25240 like @code{sum} and @code{prod}, but its result is simply a
25241 vector of the results.  For example, @samp{table(a_i, i, 1, 7, 2)}
25242 produces @samp{[a_1, a_3, a_5, a_7]}.
25244 @node Logical Operations, Rewrite Rules, Summations, Algebra
25245 @section Logical Operations
25247 @noindent
25248 The following commands and algebraic functions return true/false values,
25249 where 1 represents ``true'' and 0 represents ``false.''  In cases where
25250 a truth value is required (such as for the condition part of a rewrite
25251 rule, or as the condition for a @w{@kbd{Z [ Z ]}} control structure), any
25252 nonzero value is accepted to mean ``true.''  (Specifically, anything
25253 for which @code{dnonzero} returns 1 is ``true,'' and anything for
25254 which @code{dnonzero} returns 0 or cannot decide is assumed ``false.''
25255 Note that this means that @w{@kbd{Z [ Z ]}} will execute the ``then''
25256 portion if its condition is provably true, but it will execute the
25257 ``else'' portion for any condition like @expr{a = b} that is not
25258 provably true, even if it might be true.  Algebraic functions that
25259 have conditions as arguments, like @code{? :} and @code{&&}, remain
25260 unevaluated if the condition is neither provably true nor provably
25261 false.  @xref{Declarations}.)
25263 @kindex a =
25264 @pindex calc-equal-to
25265 @tindex eq
25266 @tindex =
25267 @tindex ==
25268 The @kbd{a =} (@code{calc-equal-to}) command, or @samp{eq(a,b)} function
25269 (which can also be written @samp{a = b} or @samp{a == b} in an algebraic
25270 formula) is true if @expr{a} and @expr{b} are equal, either because they
25271 are identical expressions, or because they are numbers which are
25272 numerically equal.  (Thus the integer 1 is considered equal to the float
25273 1.0.)  If the equality of @expr{a} and @expr{b} cannot be determined,
25274 the comparison is left in symbolic form.  Note that as a command, this
25275 operation pops two values from the stack and pushes back either a 1 or
25276 a 0, or a formula @samp{a = b} if the values' equality cannot be determined.
25278 Many Calc commands use @samp{=} formulas to represent @dfn{equations}.
25279 For example, the @kbd{a S} (@code{calc-solve-for}) command rearranges
25280 an equation to solve for a given variable.  The @kbd{a M}
25281 (@code{calc-map-equation}) command can be used to apply any
25282 function to both sides of an equation; for example, @kbd{2 a M *}
25283 multiplies both sides of the equation by two.  Note that just
25284 @kbd{2 *} would not do the same thing; it would produce the formula
25285 @samp{2 (a = b)} which represents 2 if the equality is true or
25286 zero if not.
25288 The @code{eq} function with more than two arguments (e.g., @kbd{C-u 3 a =}
25289 or @samp{a = b = c}) tests if all of its arguments are equal.  In
25290 algebraic notation, the @samp{=} operator is unusual in that it is
25291 neither left- nor right-associative:  @samp{a = b = c} is not the
25292 same as @samp{(a = b) = c} or @samp{a = (b = c)} (which each compare
25293 one variable with the 1 or 0 that results from comparing two other
25294 variables).
25296 @kindex a #
25297 @pindex calc-not-equal-to
25298 @tindex neq
25299 @tindex !=
25300 The @kbd{a #} (@code{calc-not-equal-to}) command, or @samp{neq(a,b)} or
25301 @samp{a != b} function, is true if @expr{a} and @expr{b} are not equal.
25302 This also works with more than two arguments; @samp{a != b != c != d}
25303 tests that all four of @expr{a}, @expr{b}, @expr{c}, and @expr{d} are
25304 distinct numbers.
25306 @kindex a <
25307 @tindex lt
25308 @ignore
25309 @mindex @idots
25310 @end ignore
25311 @kindex a >
25312 @ignore
25313 @mindex @null
25314 @end ignore
25315 @kindex a [
25316 @ignore
25317 @mindex @null
25318 @end ignore
25319 @kindex a ]
25320 @pindex calc-less-than
25321 @pindex calc-greater-than
25322 @pindex calc-less-equal
25323 @pindex calc-greater-equal
25324 @ignore
25325 @mindex @null
25326 @end ignore
25327 @tindex gt
25328 @ignore
25329 @mindex @null
25330 @end ignore
25331 @tindex leq
25332 @ignore
25333 @mindex @null
25334 @end ignore
25335 @tindex geq
25336 @ignore
25337 @mindex @null
25338 @end ignore
25339 @tindex <
25340 @ignore
25341 @mindex @null
25342 @end ignore
25343 @tindex >
25344 @ignore
25345 @mindex @null
25346 @end ignore
25347 @tindex <=
25348 @ignore
25349 @mindex @null
25350 @end ignore
25351 @tindex >=
25352 The @kbd{a <} (@code{calc-less-than}) [@samp{lt(a,b)} or @samp{a < b}]
25353 operation is true if @expr{a} is less than @expr{b}.  Similar functions
25354 are @kbd{a >} (@code{calc-greater-than}) [@samp{gt(a,b)} or @samp{a > b}],
25355 @kbd{a [} (@code{calc-less-equal}) [@samp{leq(a,b)} or @samp{a <= b}], and
25356 @kbd{a ]} (@code{calc-greater-equal}) [@samp{geq(a,b)} or @samp{a >= b}].
25358 While the inequality functions like @code{lt} do not accept more
25359 than two arguments, the syntax @w{@samp{a <= b < c}} is translated to an
25360 equivalent expression involving intervals: @samp{b in [a .. c)}.
25361 (See the description of @code{in} below.)  All four combinations
25362 of @samp{<} and @samp{<=} are allowed, or any of the four combinations
25363 of @samp{>} and @samp{>=}.  Four-argument constructions like
25364 @samp{a < b < c < d}, and mixtures like @w{@samp{a < b = c}} that
25365 involve both equalities and inequalities, are not allowed.
25367 @kindex a .
25368 @pindex calc-remove-equal
25369 @tindex rmeq
25370 The @kbd{a .} (@code{calc-remove-equal}) [@code{rmeq}] command extracts
25371 the righthand side of the equation or inequality on the top of the
25372 stack.  It also works elementwise on vectors.  For example, if
25373 @samp{[x = 2.34, y = z / 2]} is on the stack, then @kbd{a .} produces
25374 @samp{[2.34, z / 2]}.  As a special case, if the righthand side is a
25375 variable and the lefthand side is a number (as in @samp{2.34 = x}), then
25376 Calc keeps the lefthand side instead.  Finally, this command works with
25377 assignments @samp{x := 2.34} as well as equations, always taking the
25378 righthand side, and for @samp{=>} (evaluates-to) operators, always
25379 taking the lefthand side.
25381 @kindex a &
25382 @pindex calc-logical-and
25383 @tindex land
25384 @tindex &&
25385 The @kbd{a &} (@code{calc-logical-and}) [@samp{land(a,b)} or @samp{a && b}]
25386 function is true if both of its arguments are true, i.e., are
25387 non-zero numbers.  In this case, the result will be either @expr{a} or
25388 @expr{b}, chosen arbitrarily.  If either argument is zero, the result is
25389 zero.  Otherwise, the formula is left in symbolic form.
25391 @kindex a |
25392 @pindex calc-logical-or
25393 @tindex lor
25394 @tindex ||
25395 The @kbd{a |} (@code{calc-logical-or}) [@samp{lor(a,b)} or @samp{a || b}]
25396 function is true if either or both of its arguments are true (nonzero).
25397 The result is whichever argument was nonzero, choosing arbitrarily if both
25398 are nonzero.  If both @expr{a} and @expr{b} are zero, the result is
25399 zero.
25401 @kindex a !
25402 @pindex calc-logical-not
25403 @tindex lnot
25404 @tindex !
25405 The @kbd{a !} (@code{calc-logical-not}) [@samp{lnot(a)} or @samp{!@: a}]
25406 function is true if @expr{a} is false (zero), or false if @expr{a} is
25407 true (nonzero).  It is left in symbolic form if @expr{a} is not a
25408 number.
25410 @kindex a :
25411 @pindex calc-logical-if
25412 @tindex if
25413 @ignore
25414 @mindex ? :
25415 @end ignore
25416 @tindex ?
25417 @ignore
25418 @mindex @null
25419 @end ignore
25420 @tindex :
25421 @cindex Arguments, not evaluated
25422 The @kbd{a :} (@code{calc-logical-if}) [@samp{if(a,b,c)} or @samp{a ? b :@: c}]
25423 function is equal to either @expr{b} or @expr{c} if @expr{a} is a nonzero
25424 number or zero, respectively.  If @expr{a} is not a number, the test is
25425 left in symbolic form and neither @expr{b} nor @expr{c} is evaluated in
25426 any way.  In algebraic formulas, this is one of the few Calc functions
25427 whose arguments are not automatically evaluated when the function itself
25428 is evaluated.  The others are @code{lambda}, @code{quote}, and
25429 @code{condition}.
25431 One minor surprise to watch out for is that the formula @samp{a?3:4}
25432 will not work because the @samp{3:4} is parsed as a fraction instead of
25433 as three separate symbols.  Type something like @samp{a ? 3 : 4} or
25434 @samp{a?(3):4} instead.
25436 As a special case, if @expr{a} evaluates to a vector, then both @expr{b}
25437 and @expr{c} are evaluated; the result is a vector of the same length
25438 as @expr{a} whose elements are chosen from corresponding elements of
25439 @expr{b} and @expr{c} according to whether each element of @expr{a}
25440 is zero or nonzero.  Each of @expr{b} and @expr{c} must be either a
25441 vector of the same length as @expr{a}, or a non-vector which is matched
25442 with all elements of @expr{a}.
25444 @kindex a @{
25445 @pindex calc-in-set
25446 @tindex in
25447 The @kbd{a @{} (@code{calc-in-set}) [@samp{in(a,b)}] function is true if
25448 the number @expr{a} is in the set of numbers represented by @expr{b}.
25449 If @expr{b} is an interval form, @expr{a} must be one of the values
25450 encompassed by the interval.  If @expr{b} is a vector, @expr{a} must be
25451 equal to one of the elements of the vector.  (If any vector elements are
25452 intervals, @expr{a} must be in any of the intervals.)  If @expr{b} is a
25453 plain number, @expr{a} must be numerically equal to @expr{b}.
25454 @xref{Set Operations}, for a group of commands that manipulate sets
25455 of this sort.
25457 @ignore
25458 @starindex
25459 @end ignore
25460 @tindex typeof
25461 The @samp{typeof(a)} function produces an integer or variable which
25462 characterizes @expr{a}.  If @expr{a} is a number, vector, or variable,
25463 the result will be one of the following numbers:
25465 @example
25466  1   Integer
25467  2   Fraction
25468  3   Floating-point number
25469  4   HMS form
25470  5   Rectangular complex number
25471  6   Polar complex number
25472  7   Error form
25473  8   Interval form
25474  9   Modulo form
25475 10   Date-only form
25476 11   Date/time form
25477 12   Infinity (inf, uinf, or nan)
25478 100  Variable
25479 101  Vector (but not a matrix)
25480 102  Matrix
25481 @end example
25483 Otherwise, @expr{a} is a formula, and the result is a variable which
25484 represents the name of the top-level function call.
25486 @ignore
25487 @starindex
25488 @end ignore
25489 @tindex integer
25490 @ignore
25491 @starindex
25492 @end ignore
25493 @tindex real
25494 @ignore
25495 @starindex
25496 @end ignore
25497 @tindex constant
25498 The @samp{integer(a)} function returns true if @expr{a} is an integer.
25499 The @samp{real(a)} function
25500 is true if @expr{a} is a real number, either integer, fraction, or
25501 float.  The @samp{constant(a)} function returns true if @expr{a} is
25502 any of the objects for which @code{typeof} would produce an integer
25503 code result except for variables, and provided that the components of
25504 an object like a vector or error form are themselves constant.
25505 Note that infinities do not satisfy any of these tests, nor do
25506 special constants like @code{pi} and @code{e}.
25508 @xref{Declarations}, for a set of similar functions that recognize
25509 formulas as well as actual numbers.  For example, @samp{dint(floor(x))}
25510 is true because @samp{floor(x)} is provably integer-valued, but
25511 @samp{integer(floor(x))} does not because @samp{floor(x)} is not
25512 literally an integer constant.
25514 @ignore
25515 @starindex
25516 @end ignore
25517 @tindex refers
25518 The @samp{refers(a,b)} function is true if the variable (or sub-expression)
25519 @expr{b} appears in @expr{a}, or false otherwise.  Unlike the other
25520 tests described here, this function returns a definite ``no'' answer
25521 even if its arguments are still in symbolic form.  The only case where
25522 @code{refers} will be left unevaluated is if @expr{a} is a plain
25523 variable (different from @expr{b}).
25525 @ignore
25526 @starindex
25527 @end ignore
25528 @tindex negative
25529 The @samp{negative(a)} function returns true if @expr{a} ``looks'' negative,
25530 because it is a negative number, because it is of the form @expr{-x},
25531 or because it is a product or quotient with a term that looks negative.
25532 This is most useful in rewrite rules.  Beware that @samp{negative(a)}
25533 evaluates to 1 or 0 for @emph{any} argument @expr{a}, so it can only
25534 be stored in a formula if the default simplifications are turned off
25535 first with @kbd{m O} (or if it appears in an unevaluated context such
25536 as a rewrite rule condition).
25538 @ignore
25539 @starindex
25540 @end ignore
25541 @tindex variable
25542 The @samp{variable(a)} function is true if @expr{a} is a variable,
25543 or false if not.  If @expr{a} is a function call, this test is left
25544 in symbolic form.  Built-in variables like @code{pi} and @code{inf}
25545 are considered variables like any others by this test.
25547 @ignore
25548 @starindex
25549 @end ignore
25550 @tindex nonvar
25551 The @samp{nonvar(a)} function is true if @expr{a} is a non-variable.
25552 If its argument is a variable it is left unsimplified; it never
25553 actually returns zero.  However, since Calc's condition-testing
25554 commands consider ``false'' anything not provably true, this is
25555 often good enough.
25557 @ignore
25558 @starindex
25559 @end ignore
25560 @tindex lin
25561 @ignore
25562 @starindex
25563 @end ignore
25564 @tindex linnt
25565 @ignore
25566 @starindex
25567 @end ignore
25568 @tindex islin
25569 @ignore
25570 @starindex
25571 @end ignore
25572 @tindex islinnt
25573 @cindex Linearity testing
25574 The functions @code{lin}, @code{linnt}, @code{islin}, and @code{islinnt}
25575 check if an expression is ``linear,'' i.e., can be written in the form
25576 @expr{a + b x} for some constants @expr{a} and @expr{b}, and some
25577 variable or subformula @expr{x}.  The function @samp{islin(f,x)} checks
25578 if formula @expr{f} is linear in @expr{x}, returning 1 if so.  For
25579 example, @samp{islin(x,x)}, @samp{islin(-x,x)}, @samp{islin(3,x)}, and
25580 @samp{islin(x y / 3 - 2, x)} all return 1.  The @samp{lin(f,x)} function
25581 is similar, except that instead of returning 1 it returns the vector
25582 @expr{[a, b, x]}.  For the above examples, this vector would be
25583 @expr{[0, 1, x]}, @expr{[0, -1, x]}, @expr{[3, 0, x]}, and
25584 @expr{[-2, y/3, x]}, respectively.  Both @code{lin} and @code{islin}
25585 generally remain unevaluated for expressions which are not linear,
25586 e.g., @samp{lin(2 x^2, x)} and @samp{lin(sin(x), x)}.  The second
25587 argument can also be a formula; @samp{islin(2 + 3 sin(x), sin(x))}
25588 returns true.
25590 The @code{linnt} and @code{islinnt} functions perform a similar check,
25591 but require a ``non-trivial'' linear form, which means that the
25592 @expr{b} coefficient must be non-zero.  For example, @samp{lin(2,x)}
25593 returns @expr{[2, 0, x]} and @samp{lin(y,x)} returns @expr{[y, 0, x]},
25594 but @samp{linnt(2,x)} and @samp{linnt(y,x)} are left unevaluated
25595 (in other words, these formulas are considered to be only ``trivially''
25596 linear in @expr{x}).
25598 All four linearity-testing functions allow you to omit the second
25599 argument, in which case the input may be linear in any non-constant
25600 formula.  Here, the @expr{a=0}, @expr{b=1} case is also considered
25601 trivial, and only constant values for @expr{a} and @expr{b} are
25602 recognized.  Thus, @samp{lin(2 x y)} returns @expr{[0, 2, x y]},
25603 @samp{lin(2 - x y)} returns @expr{[2, -1, x y]}, and @samp{lin(x y)}
25604 returns @expr{[0, 1, x y]}.  The @code{linnt} function would allow the
25605 first two cases but not the third.  Also, neither @code{lin} nor
25606 @code{linnt} accept plain constants as linear in the one-argument
25607 case: @samp{islin(2,x)} is true, but @samp{islin(2)} is false.
25609 @ignore
25610 @starindex
25611 @end ignore
25612 @tindex istrue
25613 The @samp{istrue(a)} function returns 1 if @expr{a} is a nonzero
25614 number or provably nonzero formula, or 0 if @expr{a} is anything else.
25615 Calls to @code{istrue} can only be manipulated if @kbd{m O} mode is
25616 used to make sure they are not evaluated prematurely.  (Note that
25617 declarations are used when deciding whether a formula is true;
25618 @code{istrue} returns 1 when @code{dnonzero} would return 1, and
25619 it returns 0 when @code{dnonzero} would return 0 or leave itself
25620 in symbolic form.)
25622 @node Rewrite Rules,  , Logical Operations, Algebra
25623 @section Rewrite Rules
25625 @noindent
25626 @cindex Rewrite rules
25627 @cindex Transformations
25628 @cindex Pattern matching
25629 @kindex a r
25630 @pindex calc-rewrite
25631 @tindex rewrite
25632 The @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) [@code{rewrite}] command makes
25633 substitutions in a formula according to a specified pattern or patterns
25634 known as @dfn{rewrite rules}.  Whereas @kbd{a b} (@code{calc-substitute})
25635 matches literally, so that substituting @samp{sin(x)} with @samp{cos(x)}
25636 matches only the @code{sin} function applied to the variable @code{x},
25637 rewrite rules match general kinds of formulas; rewriting using the rule
25638 @samp{sin(x) := cos(x)} matches @code{sin} of any argument and replaces
25639 it with @code{cos} of that same argument.  The only significance of the
25640 name @code{x} is that the same name is used on both sides of the rule.
25642 Rewrite rules rearrange formulas already in Calc's memory.
25643 @xref{Syntax Tables}, to read about @dfn{syntax rules}, which are
25644 similar to algebraic rewrite rules but operate when new algebraic
25645 entries are being parsed, converting strings of characters into
25646 Calc formulas.
25648 @menu
25649 * Entering Rewrite Rules::
25650 * Basic Rewrite Rules::
25651 * Conditional Rewrite Rules::
25652 * Algebraic Properties of Rewrite Rules::
25653 * Other Features of Rewrite Rules::
25654 * Composing Patterns in Rewrite Rules::
25655 * Nested Formulas with Rewrite Rules::
25656 * Multi-Phase Rewrite Rules::
25657 * Selections with Rewrite Rules::
25658 * Matching Commands::
25659 * Automatic Rewrites::
25660 * Debugging Rewrites::
25661 * Examples of Rewrite Rules::
25662 @end menu
25664 @node Entering Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules, Rewrite Rules
25665 @subsection Entering Rewrite Rules
25667 @noindent
25668 Rewrite rules normally use the ``assignment'' operator
25669 @samp{@var{old} := @var{new}}.
25670 This operator is equivalent to the function call @samp{assign(old, new)}.
25671 The @code{assign} function is undefined by itself in Calc, so an
25672 assignment formula such as a rewrite rule will be left alone by ordinary
25673 Calc commands.  But certain commands, like the rewrite system, interpret
25674 assignments in special ways.
25676 For example, the rule @samp{sin(x)^2 := 1-cos(x)^2} says to replace
25677 every occurrence of the sine of something, squared, with one minus the
25678 square of the cosine of that same thing.  All by itself as a formula
25679 on the stack it does nothing, but when given to the @kbd{a r} command
25680 it turns that command into a sine-squared-to-cosine-squared converter.
25682 To specify a set of rules to be applied all at once, make a vector of
25683 rules.
25685 When @kbd{a r} prompts you to enter the rewrite rules, you can answer
25686 in several ways:
25688 @enumerate
25689 @item
25690 With a rule:  @kbd{f(x) := g(x) @key{RET}}.
25691 @item
25692 With a vector of rules:  @kbd{[f1(x) := g1(x), f2(x) := g2(x)] @key{RET}}.
25693 (You can omit the enclosing square brackets if you wish.)
25694 @item
25695 With the name of a variable that contains the rule or rules vector:
25696 @kbd{myrules @key{RET}}.
25697 @item
25698 With any formula except a rule, a vector, or a variable name; this
25699 will be interpreted as the @var{old} half of a rewrite rule,
25700 and you will be prompted a second time for the @var{new} half:
25701 @kbd{f(x) @key{RET} g(x) @key{RET}}.
25702 @item
25703 With a blank line, in which case the rule, rules vector, or variable
25704 will be taken from the top of the stack (and the formula to be
25705 rewritten will come from the second-to-top position).
25706 @end enumerate
25708 If you enter the rules directly (as opposed to using rules stored
25709 in a variable), those rules will be put into the Trail so that you
25710 can retrieve them later.  @xref{Trail Commands}.
25712 It is most convenient to store rules you use often in a variable and
25713 invoke them by giving the variable name.  The @kbd{s e}
25714 (@code{calc-edit-variable}) command is an easy way to create or edit a
25715 rule set stored in a variable.  You may also wish to use @kbd{s p}
25716 (@code{calc-permanent-variable}) to save your rules permanently;
25717 @pxref{Operations on Variables}.
25719 Rewrite rules are compiled into a special internal form for faster
25720 matching.  If you enter a rule set directly it must be recompiled
25721 every time.  If you store the rules in a variable and refer to them
25722 through that variable, they will be compiled once and saved away
25723 along with the variable for later reference.  This is another good
25724 reason to store your rules in a variable.
25726 Calc also accepts an obsolete notation for rules, as vectors
25727 @samp{[@var{old}, @var{new}]}.  But because it is easily confused with a
25728 vector of two rules, the use of this notation is no longer recommended.
25730 @node Basic Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Entering Rewrite Rules, Rewrite Rules
25731 @subsection Basic Rewrite Rules
25733 @noindent
25734 To match a particular formula @expr{x} with a particular rewrite rule
25735 @samp{@var{old} := @var{new}}, Calc compares the structure of @expr{x} with
25736 the structure of @var{old}.  Variables that appear in @var{old} are
25737 treated as @dfn{meta-variables}; the corresponding positions in @expr{x}
25738 may contain any sub-formulas.  For example, the pattern @samp{f(x,y)}
25739 would match the expression @samp{f(12, a+1)} with the meta-variable
25740 @samp{x} corresponding to 12 and with @samp{y} corresponding to
25741 @samp{a+1}.  However, this pattern would not match @samp{f(12)} or
25742 @samp{g(12, a+1)}, since there is no assignment of the meta-variables
25743 that will make the pattern match these expressions.  Notice that if
25744 the pattern is a single meta-variable, it will match any expression.
25746 If a given meta-variable appears more than once in @var{old}, the
25747 corresponding sub-formulas of @expr{x} must be identical.  Thus
25748 the pattern @samp{f(x,x)} would match @samp{f(12, 12)} and
25749 @samp{f(a+1, a+1)} but not @samp{f(12, a+1)} or @samp{f(a+b, b+a)}.
25750 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for a way to match the latter.)
25752 Things other than variables must match exactly between the pattern
25753 and the target formula.  To match a particular variable exactly, use
25754 the pseudo-function @samp{quote(v)} in the pattern.  For example, the
25755 pattern @samp{x+quote(y)} matches @samp{x+y}, @samp{2+y}, or
25756 @samp{sin(a)+y}.
25758 The special variable names @samp{e}, @samp{pi}, @samp{i}, @samp{phi},
25759 @samp{gamma}, @samp{inf}, @samp{uinf}, and @samp{nan} always match
25760 literally.  Thus the pattern @samp{sin(d + e + f)} acts exactly like
25761 @samp{sin(d + quote(e) + f)}.
25763 If the @var{old} pattern is found to match a given formula, that
25764 formula is replaced by @var{new}, where any occurrences in @var{new}
25765 of meta-variables from the pattern are replaced with the sub-formulas
25766 that they matched.  Thus, applying the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x)}
25767 to @samp{f(12, a+1)} would produce @samp{g(a+13, 12)}.
25769 The normal @kbd{a r} command applies rewrite rules over and over
25770 throughout the target formula until no further changes are possible
25771 (up to a limit of 100 times).  Use @kbd{C-u 1 a r} to make only one
25772 change at a time.
25774 @node Conditional Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Basic Rewrite Rules, Rewrite Rules
25775 @subsection Conditional Rewrite Rules
25777 @noindent
25778 A rewrite rule can also be @dfn{conditional}, written in the form
25779 @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}}.  (There is also the obsolete
25780 form @samp{[@var{old}, @var{new}, @var{cond}]}.)  If a @var{cond} part
25781 is present in the
25782 rule, this is an additional condition that must be satisfied before
25783 the rule is accepted.  Once @var{old} has been successfully matched
25784 to the target expression, @var{cond} is evaluated (with all the
25785 meta-variables substituted for the values they matched) and simplified
25786 with @kbd{a s} (@code{calc-simplify}).  If the result is a nonzero
25787 number or any other object known to be nonzero (@pxref{Declarations}),
25788 the rule is accepted.  If the result is zero or if it is a symbolic
25789 formula that is not known to be nonzero, the rule is rejected.
25790 @xref{Logical Operations}, for a number of functions that return
25791 1 or 0 according to the results of various tests.
25793 For example, the formula @samp{n > 0} simplifies to 1 or 0 if @expr{n}
25794 is replaced by a positive or nonpositive number, respectively (or if
25795 @expr{n} has been declared to be positive or nonpositive).  Thus,
25796 the rule @samp{f(x,y) := g(y+x,x) :: x+y > 0} would apply to
25797 @samp{f(0, 4)} but not to @samp{f(-3, 2)} or @samp{f(12, a+1)}
25798 (assuming no outstanding declarations for @expr{a}).  In the case of
25799 @samp{f(-3, 2)}, the condition can be shown not to be satisfied; in
25800 the case of @samp{f(12, a+1)}, the condition merely cannot be shown
25801 to be satisfied, but that is enough to reject the rule.
25803 While Calc will use declarations to reason about variables in the
25804 formula being rewritten, declarations do not apply to meta-variables.
25805 For example, the rule @samp{f(a) := g(a+1)} will match for any values
25806 of @samp{a}, such as complex numbers, vectors, or formulas, even if
25807 @samp{a} has been declared to be real or scalar.  If you want the
25808 meta-variable @samp{a} to match only literal real numbers, use
25809 @samp{f(a) := g(a+1) :: real(a)}.  If you want @samp{a} to match only
25810 reals and formulas which are provably real, use @samp{dreal(a)} as
25811 the condition.
25813 The @samp{::} operator is a shorthand for the @code{condition}
25814 function; @samp{@var{old} := @var{new} :: @var{cond}} is equivalent to
25815 the formula @samp{condition(assign(@var{old}, @var{new}), @var{cond})}.
25817 If you have several conditions, you can use @samp{... :: c1 :: c2 :: c3}
25818 or @samp{... :: c1 && c2 && c3}.  The two are entirely equivalent.
25820 It is also possible to embed conditions inside the pattern:
25821 @samp{f(x :: x>0, y) := g(y+x, x)}.  This is purely a notational
25822 convenience, though; where a condition appears in a rule has no
25823 effect on when it is tested.  The rewrite-rule compiler automatically
25824 decides when it is best to test each condition while a rule is being
25825 matched.
25827 Certain conditions are handled as special cases by the rewrite rule
25828 system and are tested very efficiently:  Where @expr{x} is any
25829 meta-variable, these conditions are @samp{integer(x)}, @samp{real(x)},
25830 @samp{constant(x)}, @samp{negative(x)}, @samp{x >= y} where @expr{y}
25831 is either a constant or another meta-variable and @samp{>=} may be
25832 replaced by any of the six relational operators, and @samp{x % a = b}
25833 where @expr{a} and @expr{b} are constants.  Other conditions, like
25834 @samp{x >= y+1} or @samp{dreal(x)}, will be less efficient to check
25835 since Calc must bring the whole evaluator and simplifier into play.
25837 An interesting property of @samp{::} is that neither of its arguments
25838 will be touched by Calc's default simplifications.  This is important
25839 because conditions often are expressions that cannot safely be
25840 evaluated early.  For example, the @code{typeof} function never
25841 remains in symbolic form; entering @samp{typeof(a)} will put the
25842 number 100 (the type code for variables like @samp{a}) on the stack.
25843 But putting the condition @samp{... :: typeof(a) = 6} on the stack
25844 is safe since @samp{::} prevents the @code{typeof} from being
25845 evaluated until the condition is actually used by the rewrite system.
25847 Since @samp{::} protects its lefthand side, too, you can use a dummy
25848 condition to protect a rule that must itself not evaluate early.
25849 For example, it's not safe to put @samp{a(f,x) := apply(f, [x])} on
25850 the stack because it will immediately evaluate to @samp{a(f,x) := f(x)},
25851 where the meta-variable-ness of @code{f} on the righthand side has been
25852 lost.  But @samp{a(f,x) := apply(f, [x]) :: 1} is safe, and of course
25853 the condition @samp{1} is always true (nonzero) so it has no effect on
25854 the functioning of the rule.  (The rewrite compiler will ensure that
25855 it doesn't even impact the speed of matching the rule.)
25857 @node Algebraic Properties of Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Conditional Rewrite Rules, Rewrite Rules
25858 @subsection Algebraic Properties of Rewrite Rules
25860 @noindent
25861 The rewrite mechanism understands the algebraic properties of functions
25862 like @samp{+} and @samp{*}.  In particular, pattern matching takes
25863 the associativity and commutativity of the following functions into
25864 account:
25866 @smallexample
25867 + - *  = !=  && ||  and or xor  vint vunion vxor  gcd lcm  max min  beta
25868 @end smallexample
25870 For example, the rewrite rule:
25872 @example
25873 a x + b x  :=  (a + b) x
25874 @end example
25876 @noindent
25877 will match formulas of the form,
25879 @example
25880 a x + b x,  x a + x b,  a x + x b,  x a + b x
25881 @end example
25883 Rewrites also understand the relationship between the @samp{+} and @samp{-}
25884 operators.  The above rewrite rule will also match the formulas,
25886 @example
25887 a x - b x,  x a - x b,  a x - x b,  x a - b x
25888 @end example
25890 @noindent
25891 by matching @samp{b} in the pattern to @samp{-b} from the formula.
25893 Applied to a sum of many terms like @samp{r + a x + s + b x + t}, this
25894 pattern will check all pairs of terms for possible matches.  The rewrite
25895 will take whichever suitable pair it discovers first.
25897 In general, a pattern using an associative operator like @samp{a + b}
25898 will try @var{2 n} different ways to match a sum of @var{n} terms
25899 like @samp{x + y + z - w}.  First, @samp{a} is matched against each
25900 of @samp{x}, @samp{y}, @samp{z}, and @samp{-w} in turn, with @samp{b}
25901 being matched to the remainders @samp{y + z - w}, @samp{x + z - w}, etc.
25902 If none of these succeed, then @samp{b} is matched against each of the
25903 four terms with @samp{a} matching the remainder.  Half-and-half matches,
25904 like @samp{(x + y) + (z - w)}, are not tried.
25906 Note that @samp{*} is not commutative when applied to matrices, but
25907 rewrite rules pretend that it is.  If you type @kbd{m v} to enable
25908 Matrix mode (@pxref{Matrix Mode}), rewrite rules will match @samp{*}
25909 literally, ignoring its usual commutativity property.  (In the
25910 current implementation, the associativity also vanishes---it is as
25911 if the pattern had been enclosed in a @code{plain} marker; see below.)
25912 If you are applying rewrites to formulas with matrices, it's best to
25913 enable Matrix mode first to prevent algebraically incorrect rewrites
25914 from occurring.
25916 The pattern @samp{-x} will actually match any expression.  For example,
25917 the rule
25919 @example
25920 f(-x)  :=  -f(x)
25921 @end example
25923 @noindent
25924 will rewrite @samp{f(a)} to @samp{-f(-a)}.  To avoid this, either use
25925 a @code{plain} marker as described below, or add a @samp{negative(x)}
25926 condition.  The @code{negative} function is true if its argument
25927 ``looks'' negative, for example, because it is a negative number or
25928 because it is a formula like @samp{-x}.  The new rule using this
25929 condition is:
25931 @example
25932 f(x)  :=  -f(-x)  :: negative(x)    @r{or, equivalently,}
25933 f(-x)  :=  -f(x)  :: negative(-x)
25934 @end example
25936 In the same way, the pattern @samp{x - y} will match the sum @samp{a + b}
25937 by matching @samp{y} to @samp{-b}.
25939 The pattern @samp{a b} will also match the formula @samp{x/y} if
25940 @samp{y} is a number.  Thus the rule @samp{a x + @w{b x} := (a+b) x}
25941 will also convert @samp{a x + x / 2} to @samp{(a + 0.5) x} (or
25942 @samp{(a + 1:2) x}, depending on the current fraction mode).
25944 Calc will @emph{not} take other liberties with @samp{*}, @samp{/}, and
25945 @samp{^}.  For example, the pattern @samp{f(a b)} will not match
25946 @samp{f(x^2)}, and @samp{f(a + b)} will not match @samp{f(2 x)}, even
25947 though conceivably these patterns could match with @samp{a = b = x}.
25948 Nor will @samp{f(a b)} match @samp{f(x / y)} if @samp{y} is not a
25949 constant, even though it could be considered to match with @samp{a = x}
25950 and @samp{b = 1/y}.  The reasons are partly for efficiency, and partly
25951 because while few mathematical operations are substantively different
25952 for addition and subtraction, often it is preferable to treat the cases
25953 of multiplication, division, and integer powers separately.
25955 Even more subtle is the rule set
25957 @example
25958 [ f(a) + f(b) := f(a + b),  -f(a) := f(-a) ]
25959 @end example
25961 @noindent
25962 attempting to match @samp{f(x) - f(y)}.  You might think that Calc
25963 will view this subtraction as @samp{f(x) + (-f(y))} and then apply
25964 the above two rules in turn, but actually this will not work because
25965 Calc only does this when considering rules for @samp{+} (like the
25966 first rule in this set).  So it will see first that @samp{f(x) + (-f(y))}
25967 does not match @samp{f(a) + f(b)} for any assignments of the
25968 meta-variables, and then it will see that @samp{f(x) - f(y)} does
25969 not match @samp{-f(a)} for any assignment of @samp{a}.  Because Calc
25970 tries only one rule at a time, it will not be able to rewrite
25971 @samp{f(x) - f(y)} with this rule set.  An explicit @samp{f(a) - f(b)}
25972 rule will have to be added.
25974 Another thing patterns will @emph{not} do is break up complex numbers.
25975 The pattern @samp{myconj(a + @w{b i)} := a - b i} will work for formulas
25976 involving the special constant @samp{i} (such as @samp{3 - 4 i}), but
25977 it will not match actual complex numbers like @samp{(3, -4)}.  A version
25978 of the above rule for complex numbers would be
25980 @example
25981 myconj(a)  :=  re(a) - im(a) (0,1)  :: im(a) != 0
25982 @end example
25984 @noindent
25985 (Because the @code{re} and @code{im} functions understand the properties
25986 of the special constant @samp{i}, this rule will also work for
25987 @samp{3 - 4 i}.  In fact, this particular rule would probably be better
25988 without the @samp{im(a) != 0} condition, since if @samp{im(a) = 0} the
25989 righthand side of the rule will still give the correct answer for the
25990 conjugate of a real number.)
25992 It is also possible to specify optional arguments in patterns.  The rule
25994 @example
25995 opt(a) x + opt(b) (x^opt(c) + opt(d))  :=  f(a, b, c, d)
25996 @end example
25998 @noindent
25999 will match the formula
26001 @example
26002 5 (x^2 - 4) + 3 x
26003 @end example
26005 @noindent
26006 in a fairly straightforward manner, but it will also match reduced
26007 formulas like
26009 @example
26010 x + x^2,    2(x + 1) - x,    x + x
26011 @end example
26013 @noindent
26014 producing, respectively,
26016 @example
26017 f(1, 1, 2, 0),   f(-1, 2, 1, 1),   f(1, 1, 1, 0)
26018 @end example
26020 (The latter two formulas can be entered only if default simplifications
26021 have been turned off with @kbd{m O}.)
26023 The default value for a term of a sum is zero.  The default value
26024 for a part of a product, for a power, or for the denominator of a
26025 quotient, is one.  Also, @samp{-x} matches the pattern @samp{opt(a) b}
26026 with @samp{a = -1}.
26028 In particular, the distributive-law rule can be refined to
26030 @example
26031 opt(a) x + opt(b) x  :=  (a + b) x
26032 @end example
26034 @noindent
26035 so that it will convert, e.g., @samp{a x - x}, to @samp{(a - 1) x}.
26037 The pattern @samp{opt(a) + opt(b) x} matches almost any formulas which
26038 are linear in @samp{x}.  You can also use the @code{lin} and @code{islin}
26039 functions with rewrite conditions to test for this; @pxref{Logical
26040 Operations}.  These functions are not as convenient to use in rewrite
26041 rules, but they recognize more kinds of formulas as linear:
26042 @samp{x/z} is considered linear with @expr{b = 1/z} by @code{lin},
26043 but it will not match the above pattern because that pattern calls
26044 for a multiplication, not a division.
26046 As another example, the obvious rule to replace @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2}
26047 by 1,
26049 @example
26050 sin(x)^2 + cos(x)^2  :=  1
26051 @end example
26053 @noindent
26054 misses many cases because the sine and cosine may both be multiplied by
26055 an equal factor.  Here's a more successful rule:
26057 @example
26058 opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2  :=  a
26059 @end example
26061 Note that this rule will @emph{not} match @samp{sin(x)^2 + 6 cos(x)^2}
26062 because one @expr{a} would have ``matched'' 1 while the other matched 6.
26064 Calc automatically converts a rule like
26066 @example
26067 f(x-1, x)  :=  g(x)
26068 @end example
26070 @noindent
26071 into the form
26073 @example
26074 f(temp, x)  :=  g(x)  :: temp = x-1
26075 @end example
26077 @noindent
26078 (where @code{temp} stands for a new, invented meta-variable that
26079 doesn't actually have a name).  This modified rule will successfully
26080 match @samp{f(6, 7)}, binding @samp{temp} and @samp{x} to 6 and 7,
26081 respectively, then verifying that they differ by one even though
26082 @samp{6} does not superficially look like @samp{x-1}.
26084 However, Calc does not solve equations to interpret a rule.  The
26085 following rule,
26087 @example
26088 f(x-1, x+1)  :=  g(x)
26089 @end example
26091 @noindent
26092 will not work.  That is, it will match @samp{f(a - 1 + b, a + 1 + b)}
26093 but not @samp{f(6, 8)}.  Calc always interprets at least one occurrence
26094 of a variable by literal matching.  If the variable appears ``isolated''
26095 then Calc is smart enough to use it for literal matching.  But in this
26096 last example, Calc is forced to rewrite the rule to @samp{f(x-1, temp)
26097 := g(x) :: temp = x+1} where the @samp{x-1} term must correspond to an
26098 actual ``something-minus-one'' in the target formula.
26100 A successful way to write this would be @samp{f(x, x+2) := g(x+1)}.
26101 You could make this resemble the original form more closely by using
26102 @code{let} notation, which is described in the next section:
26104 @example
26105 f(xm1, x+1)  :=  g(x)  :: let(x := xm1+1)
26106 @end example
26108 Calc does this rewriting or ``conditionalizing'' for any sub-pattern
26109 which involves only the functions in the following list, operating
26110 only on constants and meta-variables which have already been matched
26111 elsewhere in the pattern.  When matching a function call, Calc is
26112 careful to match arguments which are plain variables before arguments
26113 which are calls to any of the functions below, so that a pattern like
26114 @samp{f(x-1, x)} can be conditionalized even though the isolated
26115 @samp{x} comes after the @samp{x-1}.
26117 @smallexample
26118 + - * / \ % ^  abs sign  round rounde roundu trunc floor ceil
26119 max min  re im conj arg
26120 @end smallexample
26122 You can suppress all of the special treatments described in this
26123 section by surrounding a function call with a @code{plain} marker.
26124 This marker causes the function call which is its argument to be
26125 matched literally, without regard to commutativity, associativity,
26126 negation, or conditionalization.  When you use @code{plain}, the
26127 ``deep structure'' of the formula being matched can show through.
26128 For example,
26130 @example
26131 plain(a - a b)  :=  f(a, b)
26132 @end example
26134 @noindent
26135 will match only literal subtractions.  However, the @code{plain}
26136 marker does not affect its arguments' arguments.  In this case,
26137 commutativity and associativity is still considered while matching
26138 the @w{@samp{a b}} sub-pattern, so the whole pattern will match
26139 @samp{x - y x} as well as @samp{x - x y}.  We could go still
26140 further and use
26142 @example
26143 plain(a - plain(a b))  :=  f(a, b)
26144 @end example
26146 @noindent
26147 which would do a completely strict match for the pattern.
26149 By contrast, the @code{quote} marker means that not only the
26150 function name but also the arguments must be literally the same.
26151 The above pattern will match @samp{x - x y} but
26153 @example
26154 quote(a - a b)  :=  f(a, b)
26155 @end example
26157 @noindent
26158 will match only the single formula @samp{a - a b}.  Also,
26160 @example
26161 quote(a - quote(a b))  :=  f(a, b)
26162 @end example
26164 @noindent
26165 will match only @samp{a - quote(a b)}---probably not the desired
26166 effect!
26168 A certain amount of algebra is also done when substituting the
26169 meta-variables on the righthand side of a rule.  For example,
26170 in the rule
26172 @example
26173 a + f(b)  :=  f(a + b)
26174 @end example
26176 @noindent
26177 matching @samp{f(x) - y} would produce @samp{f((-y) + x)} if
26178 taken literally, but the rewrite mechanism will simplify the
26179 righthand side to @samp{f(x - y)} automatically.  (Of course,
26180 the default simplifications would do this anyway, so this
26181 special simplification is only noticeable if you have turned the
26182 default simplifications off.)  This rewriting is done only when
26183 a meta-variable expands to a ``negative-looking'' expression.
26184 If this simplification is not desirable, you can use a @code{plain}
26185 marker on the righthand side:
26187 @example
26188 a + f(b)  :=  f(plain(a + b))
26189 @end example
26191 @noindent
26192 In this example, we are still allowing the pattern-matcher to
26193 use all the algebra it can muster, but the righthand side will
26194 always simplify to a literal addition like @samp{f((-y) + x)}.
26196 @node Other Features of Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Algebraic Properties of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26197 @subsection Other Features of Rewrite Rules
26199 @noindent
26200 Certain ``function names'' serve as markers in rewrite rules.
26201 Here is a complete list of these markers.  First are listed the
26202 markers that work inside a pattern; then come the markers that
26203 work in the righthand side of a rule.
26205 @ignore
26206 @starindex
26207 @end ignore
26208 @tindex import
26209 One kind of marker, @samp{import(x)}, takes the place of a whole
26210 rule.  Here @expr{x} is the name of a variable containing another
26211 rule set; those rules are ``spliced into'' the rule set that
26212 imports them.  For example, if @samp{[f(a+b) := f(a) + f(b),
26213 f(a b) := a f(b) :: real(a)]} is stored in variable @samp{linearF},
26214 then the rule set @samp{[f(0) := 0, import(linearF)]} will apply
26215 all three rules.  It is possible to modify the imported rules
26216 slightly:  @samp{import(x, v1, x1, v2, x2, @dots{})} imports
26217 the rule set @expr{x} with all occurrences of 
26218 @texline @math{v_1},
26219 @infoline @expr{v1}, 
26220 as either a variable name or a function name, replaced with 
26221 @texline @math{x_1}
26222 @infoline @expr{x1} 
26223 and so on.  (If 
26224 @texline @math{v_1}
26225 @infoline @expr{v1} 
26226 is used as a function name, then 
26227 @texline @math{x_1}
26228 @infoline @expr{x1}
26229 must be either a function name itself or a @w{@samp{< >}} nameless
26230 function; @pxref{Specifying Operators}.)  For example, @samp{[g(0) := 0,
26231 import(linearF, f, g)]} applies the linearity rules to the function
26232 @samp{g} instead of @samp{f}.  Imports can be nested, but the
26233 import-with-renaming feature may fail to rename sub-imports properly.
26235 The special functions allowed in patterns are:
26237 @table @samp
26238 @item quote(x)
26239 @ignore
26240 @starindex
26241 @end ignore
26242 @tindex quote
26243 This pattern matches exactly @expr{x}; variable names in @expr{x} are
26244 not interpreted as meta-variables.  The only flexibility is that
26245 numbers are compared for numeric equality, so that the pattern
26246 @samp{f(quote(12))} will match both @samp{f(12)} and @samp{f(12.0)}.
26247 (Numbers are always treated this way by the rewrite mechanism:
26248 The rule @samp{f(x,x) := g(x)} will match @samp{f(12, 12.0)}.
26249 The rewrite may produce either @samp{g(12)} or @samp{g(12.0)}
26250 as a result in this case.)
26252 @item plain(x)
26253 @ignore
26254 @starindex
26255 @end ignore
26256 @tindex plain
26257 Here @expr{x} must be a function call @samp{f(x1,x2,@dots{})}.  This
26258 pattern matches a call to function @expr{f} with the specified
26259 argument patterns.  No special knowledge of the properties of the
26260 function @expr{f} is used in this case; @samp{+} is not commutative or
26261 associative.  Unlike @code{quote}, the arguments @samp{x1,x2,@dots{}}
26262 are treated as patterns.  If you wish them to be treated ``plainly''
26263 as well, you must enclose them with more @code{plain} markers:
26264 @samp{plain(plain(@w{-a}) + plain(b c))}.
26266 @item opt(x,def)
26267 @ignore
26268 @starindex
26269 @end ignore
26270 @tindex opt
26271 Here @expr{x} must be a variable name.  This must appear as an
26272 argument to a function or an element of a vector; it specifies that
26273 the argument or element is optional.
26274 As an argument to @samp{+}, @samp{-}, @samp{*}, @samp{&&}, or @samp{||},
26275 or as the second argument to @samp{/} or @samp{^}, the value @var{def}
26276 may be omitted.  The pattern @samp{x + opt(y)} matches a sum by
26277 binding one summand to @expr{x} and the other to @expr{y}, and it
26278 matches anything else by binding the whole expression to @expr{x} and
26279 zero to @expr{y}.  The other operators above work similarly.
26281 For general miscellaneous functions, the default value @code{def}
26282 must be specified.  Optional arguments are dropped starting with
26283 the rightmost one during matching.  For example, the pattern
26284 @samp{f(opt(a,0), b, opt(c,b))} will match @samp{f(b)}, @samp{f(a,b)},
26285 or @samp{f(a,b,c)}.  Default values of zero and @expr{b} are
26286 supplied in this example for the omitted arguments.  Note that
26287 the literal variable @expr{b} will be the default in the latter
26288 case, @emph{not} the value that matched the meta-variable @expr{b}.
26289 In other words, the default @var{def} is effectively quoted.
26291 @item condition(x,c)
26292 @ignore
26293 @starindex
26294 @end ignore
26295 @tindex condition
26296 @tindex ::
26297 This matches the pattern @expr{x}, with the attached condition
26298 @expr{c}.  It is the same as @samp{x :: c}.
26300 @item pand(x,y)
26301 @ignore
26302 @starindex
26303 @end ignore
26304 @tindex pand
26305 @tindex &&&
26306 This matches anything that matches both pattern @expr{x} and
26307 pattern @expr{y}.  It is the same as @samp{x &&& y}.
26308 @pxref{Composing Patterns in Rewrite Rules}.
26310 @item por(x,y)
26311 @ignore
26312 @starindex
26313 @end ignore
26314 @tindex por
26315 @tindex |||
26316 This matches anything that matches either pattern @expr{x} or
26317 pattern @expr{y}.  It is the same as @w{@samp{x ||| y}}.
26319 @item pnot(x)
26320 @ignore
26321 @starindex
26322 @end ignore
26323 @tindex pnot
26324 @tindex !!!
26325 This matches anything that does not match pattern @expr{x}.
26326 It is the same as @samp{!!! x}.
26328 @item cons(h,t)
26329 @ignore
26330 @mindex cons
26331 @end ignore
26332 @tindex cons (rewrites)
26333 This matches any vector of one or more elements.  The first
26334 element is matched to @expr{h}; a vector of the remaining
26335 elements is matched to @expr{t}.  Note that vectors of fixed
26336 length can also be matched as actual vectors:  The rule
26337 @samp{cons(a,cons(b,[])) := cons(a+b,[])} is equivalent
26338 to the rule @samp{[a,b] := [a+b]}.
26340 @item rcons(t,h)
26341 @ignore
26342 @mindex rcons
26343 @end ignore
26344 @tindex rcons (rewrites)
26345 This is like @code{cons}, except that the @emph{last} element
26346 is matched to @expr{h}, with the remaining elements matched
26347 to @expr{t}.
26349 @item apply(f,args)
26350 @ignore
26351 @mindex apply
26352 @end ignore
26353 @tindex apply (rewrites)
26354 This matches any function call.  The name of the function, in
26355 the form of a variable, is matched to @expr{f}.  The arguments
26356 of the function, as a vector of zero or more objects, are
26357 matched to @samp{args}.  Constants, variables, and vectors
26358 do @emph{not} match an @code{apply} pattern.  For example,
26359 @samp{apply(f,x)} matches any function call, @samp{apply(quote(f),x)}
26360 matches any call to the function @samp{f}, @samp{apply(f,[a,b])}
26361 matches any function call with exactly two arguments, and
26362 @samp{apply(quote(f), cons(a,cons(b,x)))} matches any call
26363 to the function @samp{f} with two or more arguments.  Another
26364 way to implement the latter, if the rest of the rule does not
26365 need to refer to the first two arguments of @samp{f} by name,
26366 would be @samp{apply(quote(f), x :: vlen(x) >= 2)}.
26367 Here's a more interesting sample use of @code{apply}:
26369 @example
26370 apply(f,[x+n])  :=  n + apply(f,[x])
26371    :: in(f, [floor,ceil,round,trunc]) :: integer(n)
26372 @end example
26374 Note, however, that this will be slower to match than a rule
26375 set with four separate rules.  The reason is that Calc sorts
26376 the rules of a rule set according to top-level function name;
26377 if the top-level function is @code{apply}, Calc must try the
26378 rule for every single formula and sub-formula.  If the top-level
26379 function in the pattern is, say, @code{floor}, then Calc invokes
26380 the rule only for sub-formulas which are calls to @code{floor}.
26382 Formulas normally written with operators like @code{+} are still
26383 considered function calls:  @code{apply(f,x)} matches @samp{a+b}
26384 with @samp{f = add}, @samp{x = [a,b]}.
26386 You must use @code{apply} for meta-variables with function names
26387 on both sides of a rewrite rule:  @samp{apply(f, [x]) := f(x+1)}
26388 is @emph{not} correct, because it rewrites @samp{spam(6)} into
26389 @samp{f(7)}.  The righthand side should be @samp{apply(f, [x+1])}.
26390 Also note that you will have to use No-Simplify mode (@kbd{m O})
26391 when entering this rule so that the @code{apply} isn't
26392 evaluated immediately to get the new rule @samp{f(x) := f(x+1)}.
26393 Or, use @kbd{s e} to enter the rule without going through the stack,
26394 or enter the rule as @samp{apply(f, [x]) := apply(f, [x+1]) @w{:: 1}}.
26395 @xref{Conditional Rewrite Rules}.
26397 @item select(x)
26398 @ignore
26399 @starindex
26400 @end ignore
26401 @tindex select
26402 This is used for applying rules to formulas with selections;
26403 @pxref{Selections with Rewrite Rules}.
26404 @end table
26406 Special functions for the righthand sides of rules are:
26408 @table @samp
26409 @item quote(x)
26410 The notation @samp{quote(x)} is changed to @samp{x} when the
26411 righthand side is used.  As far as the rewrite rule is concerned,
26412 @code{quote} is invisible.  However, @code{quote} has the special
26413 property in Calc that its argument is not evaluated.  Thus,
26414 while it will not work to put the rule @samp{t(a) := typeof(a)}
26415 on the stack because @samp{typeof(a)} is evaluated immediately
26416 to produce @samp{t(a) := 100}, you can use @code{quote} to
26417 protect the righthand side:  @samp{t(a) := quote(typeof(a))}.
26418 (@xref{Conditional Rewrite Rules}, for another trick for
26419 protecting rules from evaluation.)
26421 @item plain(x)
26422 Special properties of and simplifications for the function call
26423 @expr{x} are not used.  One interesting case where @code{plain}
26424 is useful is the rule, @samp{q(x) := quote(x)}, trying to expand a
26425 shorthand notation for the @code{quote} function.  This rule will
26426 not work as shown; instead of replacing @samp{q(foo)} with
26427 @samp{quote(foo)}, it will replace it with @samp{foo}!  The correct
26428 rule would be @samp{q(x) := plain(quote(x))}.
26430 @item cons(h,t)
26431 Where @expr{t} is a vector, this is converted into an expanded
26432 vector during rewrite processing.  Note that @code{cons} is a regular
26433 Calc function which normally does this anyway; the only way @code{cons}
26434 is treated specially by rewrites is that @code{cons} on the righthand
26435 side of a rule will be evaluated even if default simplifications
26436 have been turned off.
26438 @item rcons(t,h)
26439 Analogous to @code{cons} except putting @expr{h} at the @emph{end} of
26440 the vector @expr{t}.
26442 @item apply(f,args)
26443 Where @expr{f} is a variable and @var{args} is a vector, this
26444 is converted to a function call.  Once again, note that @code{apply}
26445 is also a regular Calc function.
26447 @item eval(x)
26448 @ignore
26449 @starindex
26450 @end ignore
26451 @tindex eval
26452 The formula @expr{x} is handled in the usual way, then the
26453 default simplifications are applied to it even if they have
26454 been turned off normally.  This allows you to treat any function
26455 similarly to the way @code{cons} and @code{apply} are always
26456 treated.  However, there is a slight difference:  @samp{cons(2+3, [])}
26457 with default simplifications off will be converted to @samp{[2+3]},
26458 whereas @samp{eval(cons(2+3, []))} will be converted to @samp{[5]}.
26460 @item evalsimp(x)
26461 @ignore
26462 @starindex
26463 @end ignore
26464 @tindex evalsimp
26465 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the usual
26466 way, then algebraically simplified as if by the @kbd{a s} command.
26468 @item evalextsimp(x)
26469 @ignore
26470 @starindex
26471 @end ignore
26472 @tindex evalextsimp
26473 The formula @expr{x} has meta-variables substituted in the normal
26474 way, then ``extendedly'' simplified as if by the @kbd{a e} command.
26476 @item select(x)
26477 @xref{Selections with Rewrite Rules}.
26478 @end table
26480 There are also some special functions you can use in conditions.
26482 @table @samp
26483 @item let(v := x)
26484 @ignore
26485 @starindex
26486 @end ignore
26487 @tindex let
26488 The expression @expr{x} is evaluated with meta-variables substituted.
26489 The @kbd{a s} command's simplifications are @emph{not} applied by
26490 default, but @expr{x} can include calls to @code{evalsimp} or
26491 @code{evalextsimp} as described above to invoke higher levels
26492 of simplification.  The
26493 result of @expr{x} is then bound to the meta-variable @expr{v}.  As
26494 usual, if this meta-variable has already been matched to something
26495 else the two values must be equal; if the meta-variable is new then
26496 it is bound to the result of the expression.  This variable can then
26497 appear in later conditions, and on the righthand side of the rule.
26498 In fact, @expr{v} may be any pattern in which case the result of
26499 evaluating @expr{x} is matched to that pattern, binding any
26500 meta-variables that appear in that pattern.  Note that @code{let}
26501 can only appear by itself as a condition, or as one term of an
26502 @samp{&&} which is a whole condition:  It cannot be inside
26503 an @samp{||} term or otherwise buried.
26505 The alternate, equivalent form @samp{let(v, x)} is also recognized.
26506 Note that the use of @samp{:=} by @code{let}, while still being
26507 assignment-like in character, is unrelated to the use of @samp{:=}
26508 in the main part of a rewrite rule.
26510 As an example, @samp{f(a) := g(ia) :: let(ia := 1/a) :: constant(ia)}
26511 replaces @samp{f(a)} with @samp{g} of the inverse of @samp{a}, if
26512 that inverse exists and is constant.  For example, if @samp{a} is a
26513 singular matrix the operation @samp{1/a} is left unsimplified and
26514 @samp{constant(ia)} fails, but if @samp{a} is an invertible matrix
26515 then the rule succeeds.  Without @code{let} there would be no way
26516 to express this rule that didn't have to invert the matrix twice.
26517 Note that, because the meta-variable @samp{ia} is otherwise unbound
26518 in this rule, the @code{let} condition itself always ``succeeds''
26519 because no matter what @samp{1/a} evaluates to, it can successfully
26520 be bound to @code{ia}.
26522 Here's another example, for integrating cosines of linear
26523 terms:  @samp{myint(cos(y),x) := sin(y)/b :: let([a,b,x] := lin(y,x))}.
26524 The @code{lin} function returns a 3-vector if its argument is linear,
26525 or leaves itself unevaluated if not.  But an unevaluated @code{lin}
26526 call will not match the 3-vector on the lefthand side of the @code{let},
26527 so this @code{let} both verifies that @code{y} is linear, and binds
26528 the coefficients @code{a} and @code{b} for use elsewhere in the rule.
26529 (It would have been possible to use @samp{sin(a x + b)/b} for the
26530 righthand side instead, but using @samp{sin(y)/b} avoids gratuitous
26531 rearrangement of the argument of the sine.)
26533 @ignore
26534 @starindex
26535 @end ignore
26536 @tindex ierf
26537 Similarly, here is a rule that implements an inverse-@code{erf}
26538 function.  It uses @code{root} to search for a solution.  If
26539 @code{root} succeeds, it will return a vector of two numbers
26540 where the first number is the desired solution.  If no solution
26541 is found, @code{root} remains in symbolic form.  So we use
26542 @code{let} to check that the result was indeed a vector.
26544 @example
26545 ierf(x)  :=  y  :: let([y,z] := root(erf(a) = x, a, .5))
26546 @end example
26548 @item matches(v,p)
26549 The meta-variable @var{v}, which must already have been matched
26550 to something elsewhere in the rule, is compared against pattern
26551 @var{p}.  Since @code{matches} is a standard Calc function, it
26552 can appear anywhere in a condition.  But if it appears alone or
26553 as a term of a top-level @samp{&&}, then you get the special
26554 extra feature that meta-variables which are bound to things
26555 inside @var{p} can be used elsewhere in the surrounding rewrite
26556 rule.
26558 The only real difference between @samp{let(p := v)} and
26559 @samp{matches(v, p)} is that the former evaluates @samp{v} using
26560 the default simplifications, while the latter does not.
26562 @item remember
26563 @vindex remember
26564 This is actually a variable, not a function.  If @code{remember}
26565 appears as a condition in a rule, then when that rule succeeds
26566 the original expression and rewritten expression are added to the
26567 front of the rule set that contained the rule.  If the rule set
26568 was not stored in a variable, @code{remember} is ignored.  The
26569 lefthand side is enclosed in @code{quote} in the added rule if it
26570 contains any variables.
26572 For example, the rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: remember} applied
26573 to @samp{f(7)} will add the rule @samp{f(7) := 7 f(6)} to the front
26574 of the rule set.  The rule set @code{EvalRules} works slightly
26575 differently:  There, the evaluation of @samp{f(6)} will complete before
26576 the result is added to the rule set, in this case as @samp{f(7) := 5040}.
26577 Thus @code{remember} is most useful inside @code{EvalRules}.
26579 It is up to you to ensure that the optimization performed by
26580 @code{remember} is safe.  For example, the rule @samp{foo(n) := n
26581 :: evalv(eatfoo) > 0 :: remember} is a bad idea (@code{evalv} is
26582 the function equivalent of the @kbd{=} command); if the variable
26583 @code{eatfoo} ever contains 1, rules like @samp{foo(7) := 7} will
26584 be added to the rule set and will continue to operate even if
26585 @code{eatfoo} is later changed to 0.
26587 @item remember(c)
26588 @ignore
26589 @starindex
26590 @end ignore
26591 @tindex remember
26592 Remember the match as described above, but only if condition @expr{c}
26593 is true.  For example, @samp{remember(n % 4 = 0)} in the above factorial
26594 rule remembers only every fourth result.  Note that @samp{remember(1)}
26595 is equivalent to @samp{remember}, and @samp{remember(0)} has no effect.
26596 @end table
26598 @node Composing Patterns in Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Other Features of Rewrite Rules, Rewrite Rules
26599 @subsection Composing Patterns in Rewrite Rules
26601 @noindent
26602 There are three operators, @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!},
26603 that combine rewrite patterns to make larger patterns.  The
26604 combinations are ``and,'' ``or,'' and ``not,'' respectively, and
26605 these operators are the pattern equivalents of @samp{&&}, @samp{||}
26606 and @samp{!} (which operate on zero-or-nonzero logical values).
26608 Note that @samp{&&&}, @samp{|||}, and @samp{!!!} are left in symbolic
26609 form by all regular Calc features; they have special meaning only in
26610 the context of rewrite rule patterns.
26612 The pattern @samp{@var{p1} &&& @var{p2}} matches anything that
26613 matches both @var{p1} and @var{p2}.  One especially useful case is
26614 when one of @var{p1} or @var{p2} is a meta-variable.  For example,
26615 here is a rule that operates on error forms:
26617 @example
26618 f(x &&& a +/- b, x)  :=  g(x)
26619 @end example
26621 This does the same thing, but is arguably simpler than, the rule
26623 @example
26624 f(a +/- b, a +/- b)  :=  g(a +/- b)
26625 @end example
26627 @ignore
26628 @starindex
26629 @end ignore
26630 @tindex ends
26631 Here's another interesting example:
26633 @example
26634 ends(cons(a, x) &&& rcons(y, b))  :=  [a, b]
26635 @end example
26637 @noindent
26638 which effectively clips out the middle of a vector leaving just
26639 the first and last elements.  This rule will change a one-element
26640 vector @samp{[a]} to @samp{[a, a]}.  The similar rule
26642 @example
26643 ends(cons(a, rcons(y, b)))  :=  [a, b]
26644 @end example
26646 @noindent
26647 would do the same thing except that it would fail to match a
26648 one-element vector.
26650 @tex
26651 \bigskip
26652 @end tex
26654 The pattern @samp{@var{p1} ||| @var{p2}} matches anything that
26655 matches either @var{p1} or @var{p2}.  Calc first tries matching
26656 against @var{p1}; if that fails, it goes on to try @var{p2}.
26658 @ignore
26659 @starindex
26660 @end ignore
26661 @tindex curve
26662 A simple example of @samp{|||} is
26664 @example
26665 curve(inf ||| -inf)  :=  0
26666 @end example
26668 @noindent
26669 which converts both @samp{curve(inf)} and @samp{curve(-inf)} to zero.
26671 Here is a larger example:
26673 @example
26674 log(a, b) ||| (ln(a) :: let(b := e))  :=  mylog(a, b)
26675 @end example
26677 This matches both generalized and natural logarithms in a single rule.
26678 Note that the @samp{::} term must be enclosed in parentheses because
26679 that operator has lower precedence than @samp{|||} or @samp{:=}.
26681 (In practice this rule would probably include a third alternative,
26682 omitted here for brevity, to take care of @code{log10}.)
26684 While Calc generally treats interior conditions exactly the same as
26685 conditions on the outside of a rule, it does guarantee that if all the
26686 variables in the condition are special names like @code{e}, or already
26687 bound in the pattern to which the condition is attached (say, if
26688 @samp{a} had appeared in this condition), then Calc will process this
26689 condition right after matching the pattern to the left of the @samp{::}.
26690 Thus, we know that @samp{b} will be bound to @samp{e} only if the
26691 @code{ln} branch of the @samp{|||} was taken.
26693 Note that this rule was careful to bind the same set of meta-variables
26694 on both sides of the @samp{|||}.  Calc does not check this, but if
26695 you bind a certain meta-variable only in one branch and then use that
26696 meta-variable elsewhere in the rule, results are unpredictable:
26698 @example
26699 f(a,b) ||| g(b)  :=  h(a,b)
26700 @end example
26702 Here if the pattern matches @samp{g(17)}, Calc makes no promises about
26703 the value that will be substituted for @samp{a} on the righthand side.
26705 @tex
26706 \bigskip
26707 @end tex
26709 The pattern @samp{!!! @var{pat}} matches anything that does not
26710 match @var{pat}.  Any meta-variables that are bound while matching
26711 @var{pat} remain unbound outside of @var{pat}.
26713 For example,
26715 @example
26716 f(x &&& !!! a +/- b, !!![])  :=  g(x)
26717 @end example
26719 @noindent
26720 converts @code{f} whose first argument is anything @emph{except} an
26721 error form, and whose second argument is not the empty vector, into
26722 a similar call to @code{g} (but without the second argument).
26724 If we know that the second argument will be a vector (empty or not),
26725 then an equivalent rule would be:
26727 @example
26728 f(x, y)  :=  g(x)  :: typeof(x) != 7 :: vlen(y) > 0
26729 @end example
26731 @noindent
26732 where of course 7 is the @code{typeof} code for error forms.
26733 Another final condition, that works for any kind of @samp{y},
26734 would be @samp{!istrue(y == [])}.  (The @code{istrue} function
26735 returns an explicit 0 if its argument was left in symbolic form;
26736 plain @samp{!(y == [])} or @samp{y != []} would not work to replace
26737 @samp{!!![]} since these would be left unsimplified, and thus cause
26738 the rule to fail, if @samp{y} was something like a variable name.)
26740 It is possible for a @samp{!!!} to refer to meta-variables bound
26741 elsewhere in the pattern.  For example,
26743 @example
26744 f(a, !!!a)  :=  g(a)
26745 @end example
26747 @noindent
26748 matches any call to @code{f} with different arguments, changing
26749 this to @code{g} with only the first argument.
26751 If a function call is to be matched and one of the argument patterns
26752 contains a @samp{!!!} somewhere inside it, that argument will be
26753 matched last.  Thus
26755 @example
26756 f(!!!a, a)  :=  g(a)
26757 @end example
26759 @noindent
26760 will be careful to bind @samp{a} to the second argument of @code{f}
26761 before testing the first argument.  If Calc had tried to match the
26762 first argument of @code{f} first, the results would have been
26763 disastrous: since @code{a} was unbound so far, the pattern @samp{a}
26764 would have matched anything at all, and the pattern @samp{!!!a}
26765 therefore would @emph{not} have matched anything at all!
26767 @node Nested Formulas with Rewrite Rules, Multi-Phase Rewrite Rules, Composing Patterns in Rewrite Rules, Rewrite Rules
26768 @subsection Nested Formulas with Rewrite Rules
26770 @noindent
26771 When @kbd{a r} (@code{calc-rewrite}) is used, it takes an expression from
26772 the top of the stack and attempts to match any of the specified rules
26773 to any part of the expression, starting with the whole expression
26774 and then, if that fails, trying deeper and deeper sub-expressions.
26775 For each part of the expression, the rules are tried in the order
26776 they appear in the rules vector.  The first rule to match the first
26777 sub-expression wins; it replaces the matched sub-expression according
26778 to the @var{new} part of the rule.
26780 Often, the rule set will match and change the formula several times.
26781 The top-level formula is first matched and substituted repeatedly until
26782 it no longer matches the pattern; then, sub-formulas are tried, and
26783 so on.  Once every part of the formula has gotten its chance, the
26784 rewrite mechanism starts over again with the top-level formula
26785 (in case a substitution of one of its arguments has caused it again
26786 to match).  This continues until no further matches can be made
26787 anywhere in the formula.
26789 It is possible for a rule set to get into an infinite loop.  The
26790 most obvious case, replacing a formula with itself, is not a problem
26791 because a rule is not considered to ``succeed'' unless the righthand
26792 side actually comes out to something different than the original
26793 formula or sub-formula that was matched.  But if you accidentally
26794 had both @samp{ln(a b) := ln(a) + ln(b)} and the reverse
26795 @samp{ln(a) + ln(b) := ln(a b)} in your rule set, Calc would
26796 run forever switching a formula back and forth between the two
26797 forms.
26799 To avoid disaster, Calc normally stops after 100 changes have been
26800 made to the formula.  This will be enough for most multiple rewrites,
26801 but it will keep an endless loop of rewrites from locking up the
26802 computer forever.  (On most systems, you can also type @kbd{C-g} to
26803 halt any Emacs command prematurely.)
26805 To change this limit, give a positive numeric prefix argument.
26806 In particular, @kbd{M-1 a r} applies only one rewrite at a time,
26807 useful when you are first testing your rule (or just if repeated
26808 rewriting is not what is called for by your application).
26810 @ignore
26811 @starindex
26812 @end ignore
26813 @ignore
26814 @mindex iter@idots
26815 @end ignore
26816 @tindex iterations
26817 You can also put a ``function call'' @samp{iterations(@var{n})}
26818 in place of a rule anywhere in your rules vector (but usually at
26819 the top).  Then, @var{n} will be used instead of 100 as the default
26820 number of iterations for this rule set.  You can use
26821 @samp{iterations(inf)} if you want no iteration limit by default.
26822 A prefix argument will override the @code{iterations} limit in the
26823 rule set.
26825 @example
26826 [ iterations(1),
26827   f(x) := f(x+1) ]
26828 @end example
26830 More precisely, the limit controls the number of ``iterations,''
26831 where each iteration is a successful matching of a rule pattern whose
26832 righthand side, after substituting meta-variables and applying the
26833 default simplifications, is different from the original sub-formula
26834 that was matched.
26836 A prefix argument of zero sets the limit to infinity.  Use with caution!
26838 Given a negative numeric prefix argument, @kbd{a r} will match and
26839 substitute the top-level expression up to that many times, but
26840 will not attempt to match the rules to any sub-expressions.
26842 In a formula, @code{rewrite(@var{expr}, @var{rules}, @var{n})}
26843 does a rewriting operation.  Here @var{expr} is the expression
26844 being rewritten, @var{rules} is the rule, vector of rules, or
26845 variable containing the rules, and @var{n} is the optional
26846 iteration limit, which may be a positive integer, a negative
26847 integer, or @samp{inf} or @samp{-inf}.  If @var{n} is omitted
26848 the @code{iterations} value from the rule set is used; if both
26849 are omitted, 100 is used.
26851 @node Multi-Phase Rewrite Rules, Selections with Rewrite Rules, Nested Formulas with Rewrite Rules, Rewrite Rules
26852 @subsection Multi-Phase Rewrite Rules
26854 @noindent
26855 It is possible to separate a rewrite rule set into several @dfn{phases}.
26856 During each phase, certain rules will be enabled while certain others
26857 will be disabled.  A @dfn{phase schedule} controls the order in which
26858 phases occur during the rewriting process.
26860 @ignore
26861 @starindex
26862 @end ignore
26863 @tindex phase
26864 @vindex all
26865 If a call to the marker function @code{phase} appears in the rules
26866 vector in place of a rule, all rules following that point will be
26867 members of the phase(s) identified in the arguments to @code{phase}.
26868 Phases are given integer numbers.  The markers @samp{phase()} and
26869 @samp{phase(all)} both mean the following rules belong to all phases;
26870 this is the default at the start of the rule set.
26872 If you do not explicitly schedule the phases, Calc sorts all phase
26873 numbers that appear in the rule set and executes the phases in
26874 ascending order.  For example, the rule set
26876 @example
26877 @group
26878 [ f0(x) := g0(x),
26879   phase(1),
26880   f1(x) := g1(x),
26881   phase(2),
26882   f2(x) := g2(x),
26883   phase(3),
26884   f3(x) := g3(x),
26885   phase(1,2),
26886   f4(x) := g4(x) ]
26887 @end group
26888 @end example
26890 @noindent
26891 has three phases, 1 through 3.  Phase 1 consists of the @code{f0},
26892 @code{f1}, and @code{f4} rules (in that order).  Phase 2 consists of
26893 @code{f0}, @code{f2}, and @code{f4}.  Phase 3 consists of @code{f0}
26894 and @code{f3}.
26896 When Calc rewrites a formula using this rule set, it first rewrites
26897 the formula using only the phase 1 rules until no further changes are
26898 possible.  Then it switches to the phase 2 rule set and continues
26899 until no further changes occur, then finally rewrites with phase 3.
26900 When no more phase 3 rules apply, rewriting finishes.  (This is
26901 assuming @kbd{a r} with a large enough prefix argument to allow the
26902 rewriting to run to completion; the sequence just described stops
26903 early if the number of iterations specified in the prefix argument,
26904 100 by default, is reached.)
26906 During each phase, Calc descends through the nested levels of the
26907 formula as described previously.  (@xref{Nested Formulas with Rewrite
26908 Rules}.)  Rewriting starts at the top of the formula, then works its
26909 way down to the parts, then goes back to the top and works down again.
26910 The phase 2 rules do not begin until no phase 1 rules apply anywhere
26911 in the formula.
26913 @ignore
26914 @starindex
26915 @end ignore
26916 @tindex schedule
26917 A @code{schedule} marker appearing in the rule set (anywhere, but
26918 conventionally at the top) changes the default schedule of phases.
26919 In the simplest case, @code{schedule} has a sequence of phase numbers
26920 for arguments; each phase number is invoked in turn until the
26921 arguments to @code{schedule} are exhausted.  Thus adding
26922 @samp{schedule(3,2,1)} at the top of the above rule set would
26923 reverse the order of the phases; @samp{schedule(1,2,3)} would have
26924 no effect since this is the default schedule; and @samp{schedule(1,2,1,3)}
26925 would give phase 1 a second chance after phase 2 has completed, before
26926 moving on to phase 3.
26928 Any argument to @code{schedule} can instead be a vector of phase
26929 numbers (or even of sub-vectors).  Then the sub-sequence of phases
26930 described by the vector are tried repeatedly until no change occurs
26931 in any phase in the sequence.  For example, @samp{schedule([1, 2], 3)}
26932 tries phase 1, then phase 2, then, if either phase made any changes
26933 to the formula, repeats these two phases until they can make no
26934 further progress.  Finally, it goes on to phase 3 for finishing
26935 touches.
26937 Also, items in @code{schedule} can be variable names as well as
26938 numbers.  A variable name is interpreted as the name of a function
26939 to call on the whole formula.  For example, @samp{schedule(1, simplify)}
26940 says to apply the phase-1 rules (presumably, all of them), then to
26941 call @code{simplify} which is the function name equivalent of @kbd{a s}.
26942 Likewise, @samp{schedule([1, simplify])} says to alternate between
26943 phase 1 and @kbd{a s} until no further changes occur.
26945 Phases can be used purely to improve efficiency; if it is known that
26946 a certain group of rules will apply only at the beginning of rewriting,
26947 and a certain other group will apply only at the end, then rewriting
26948 will be faster if these groups are identified as separate phases.
26949 Once the phase 1 rules are done, Calc can put them aside and no longer
26950 spend any time on them while it works on phase 2.
26952 There are also some problems that can only be solved with several
26953 rewrite phases.  For a real-world example of a multi-phase rule set,
26954 examine the set @code{FitRules}, which is used by the curve-fitting
26955 command to convert a model expression to linear form.
26956 @xref{Curve Fitting Details}.  This set is divided into four phases.
26957 The first phase rewrites certain kinds of expressions to be more
26958 easily linearizable, but less computationally efficient.  After the
26959 linear components have been picked out, the final phase includes the
26960 opposite rewrites to put each component back into an efficient form.
26961 If both sets of rules were included in one big phase, Calc could get
26962 into an infinite loop going back and forth between the two forms.
26964 Elsewhere in @code{FitRules}, the components are first isolated,
26965 then recombined where possible to reduce the complexity of the linear
26966 fit, then finally packaged one component at a time into vectors.
26967 If the packaging rules were allowed to begin before the recombining
26968 rules were finished, some components might be put away into vectors
26969 before they had a chance to recombine.  By putting these rules in
26970 two separate phases, this problem is neatly avoided.
26972 @node Selections with Rewrite Rules, Matching Commands, Multi-Phase Rewrite Rules, Rewrite Rules
26973 @subsection Selections with Rewrite Rules
26975 @noindent
26976 If a sub-formula of the current formula is selected (as by @kbd{j s};
26977 @pxref{Selecting Subformulas}), the @kbd{a r} (@code{calc-rewrite})
26978 command applies only to that sub-formula.  Together with a negative
26979 prefix argument, you can use this fact to apply a rewrite to one
26980 specific part of a formula without affecting any other parts.
26982 @kindex j r
26983 @pindex calc-rewrite-selection
26984 The @kbd{j r} (@code{calc-rewrite-selection}) command allows more
26985 sophisticated operations on selections.  This command prompts for
26986 the rules in the same way as @kbd{a r}, but it then applies those
26987 rules to the whole formula in question even though a sub-formula
26988 of it has been selected.  However, the selected sub-formula will
26989 first have been surrounded by a @samp{select( )} function call.
26990 (Calc's evaluator does not understand the function name @code{select};
26991 this is only a tag used by the @kbd{j r} command.)
26993 For example, suppose the formula on the stack is @samp{2 (a + b)^2}
26994 and the sub-formula @samp{a + b} is selected.  This formula will
26995 be rewritten to @samp{2 select(a + b)^2} and then the rewrite
26996 rules will be applied in the usual way.  The rewrite rules can
26997 include references to @code{select} to tell where in the pattern
26998 the selected sub-formula should appear.
27000 If there is still exactly one @samp{select( )} function call in
27001 the formula after rewriting is done, it indicates which part of
27002 the formula should be selected afterwards.  Otherwise, the
27003 formula will be unselected.
27005 You can make @kbd{j r} act much like @kbd{a r} by enclosing both parts
27006 of the rewrite rule with @samp{select()}.  However, @kbd{j r}
27007 allows you to use the current selection in more flexible ways.
27008 Suppose you wished to make a rule which removed the exponent from
27009 the selected term; the rule @samp{select(a)^x := select(a)} would
27010 work.  In the above example, it would rewrite @samp{2 select(a + b)^2}
27011 to @samp{2 select(a + b)}.  This would then be returned to the
27012 stack as @samp{2 (a + b)} with the @samp{a + b} selected.
27014 The @kbd{j r} command uses one iteration by default, unlike
27015 @kbd{a r} which defaults to 100 iterations.  A numeric prefix
27016 argument affects @kbd{j r} in the same way as @kbd{a r}.
27017 @xref{Nested Formulas with Rewrite Rules}.
27019 As with other selection commands, @kbd{j r} operates on the stack
27020 entry that contains the cursor.  (If the cursor is on the top-of-stack
27021 @samp{.} marker, it works as if the cursor were on the formula
27022 at stack level 1.)
27024 If you don't specify a set of rules, the rules are taken from the
27025 top of the stack, just as with @kbd{a r}.  In this case, the
27026 cursor must indicate stack entry 2 or above as the formula to be
27027 rewritten (otherwise the same formula would be used as both the
27028 target and the rewrite rules).
27030 If the indicated formula has no selection, the cursor position within
27031 the formula temporarily selects a sub-formula for the purposes of this
27032 command.  If the cursor is not on any sub-formula (e.g., it is in
27033 the line-number area to the left of the formula), the @samp{select( )}
27034 markers are ignored by the rewrite mechanism and the rules are allowed
27035 to apply anywhere in the formula.
27037 As a special feature, the normal @kbd{a r} command also ignores
27038 @samp{select( )} calls in rewrite rules.  For example, if you used the
27039 above rule @samp{select(a)^x := select(a)} with @kbd{a r}, it would apply
27040 the rule as if it were @samp{a^x := a}.  Thus, you can write general
27041 purpose rules with @samp{select( )} hints inside them so that they
27042 will ``do the right thing'' in both @kbd{a r} and @kbd{j r},
27043 both with and without selections.
27045 @node Matching Commands, Automatic Rewrites, Selections with Rewrite Rules, Rewrite Rules
27046 @subsection Matching Commands
27048 @noindent
27049 @kindex a m
27050 @pindex calc-match
27051 @tindex match
27052 The @kbd{a m} (@code{calc-match}) [@code{match}] function takes a
27053 vector of formulas and a rewrite-rule-style pattern, and produces
27054 a vector of all formulas which match the pattern.  The command
27055 prompts you to enter the pattern; as for @kbd{a r}, you can enter
27056 a single pattern (i.e., a formula with meta-variables), or a
27057 vector of patterns, or a variable which contains patterns, or
27058 you can give a blank response in which case the patterns are taken
27059 from the top of the stack.  The pattern set will be compiled once
27060 and saved if it is stored in a variable.  If there are several
27061 patterns in the set, vector elements are kept if they match any
27062 of the patterns.
27064 For example, @samp{match(a+b, [x, x+y, x-y, 7, x+y+z])}
27065 will return @samp{[x+y, x-y, x+y+z]}.
27067 The @code{import} mechanism is not available for pattern sets.
27069 The @kbd{a m} command can also be used to extract all vector elements
27070 which satisfy any condition:  The pattern @samp{x :: x>0} will select
27071 all the positive vector elements.
27073 @kindex I a m
27074 @tindex matchnot
27075 With the Inverse flag [@code{matchnot}], this command extracts all
27076 vector elements which do @emph{not} match the given pattern.
27078 @ignore
27079 @starindex
27080 @end ignore
27081 @tindex matches
27082 There is also a function @samp{matches(@var{x}, @var{p})} which
27083 evaluates to 1 if expression @var{x} matches pattern @var{p}, or
27084 to 0 otherwise.  This is sometimes useful for including into the
27085 conditional clauses of other rewrite rules.
27087 @ignore
27088 @starindex
27089 @end ignore
27090 @tindex vmatches
27091 The function @code{vmatches} is just like @code{matches}, except
27092 that if the match succeeds it returns a vector of assignments to
27093 the meta-variables instead of the number 1.  For example,
27094 @samp{vmatches(f(1,2), f(a,b))} returns @samp{[a := 1, b := 2]}.
27095 If the match fails, the function returns the number 0.
27097 @node Automatic Rewrites, Debugging Rewrites, Matching Commands, Rewrite Rules
27098 @subsection Automatic Rewrites
27100 @noindent
27101 @cindex @code{EvalRules} variable
27102 @vindex EvalRules
27103 It is possible to get Calc to apply a set of rewrite rules on all
27104 results, effectively adding to the built-in set of default
27105 simplifications.  To do this, simply store your rule set in the
27106 variable @code{EvalRules}.  There is a convenient @kbd{s E} command
27107 for editing @code{EvalRules}; @pxref{Operations on Variables}.
27109 For example, suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out
27110 to @samp{sin(b) cos(a) + cos(b) sin(a)} wherever it appears, and
27111 similarly for @samp{cos(a + b)}.  The corresponding rewrite rule
27112 set would be,
27114 @smallexample
27115 @group
27116 [ sin(a + b)  :=  cos(a) sin(b) + sin(a) cos(b),
27117   cos(a + b)  :=  cos(a) cos(b) - sin(a) sin(b) ]
27118 @end group
27119 @end smallexample
27121 To apply these manually, you could put them in a variable called
27122 @code{trigexp} and then use @kbd{a r trigexp} every time you wanted
27123 to expand trig functions.  But if instead you store them in the
27124 variable @code{EvalRules}, they will automatically be applied to all
27125 sines and cosines of sums.  Then, with @samp{2 x} and @samp{45} on
27126 the stack, typing @kbd{+ S} will (assuming Degrees mode) result in
27127 @samp{0.7071 sin(2 x) + 0.7071 cos(2 x)} automatically.
27129 As each level of a formula is evaluated, the rules from
27130 @code{EvalRules} are applied before the default simplifications.
27131 Rewriting continues until no further @code{EvalRules} apply.
27132 Note that this is different from the usual order of application of
27133 rewrite rules:  @code{EvalRules} works from the bottom up, simplifying
27134 the arguments to a function before the function itself, while @kbd{a r}
27135 applies rules from the top down.
27137 Because the @code{EvalRules} are tried first, you can use them to
27138 override the normal behavior of any built-in Calc function.
27140 It is important not to write a rule that will get into an infinite
27141 loop.  For example, the rule set @samp{[f(0) := 1, f(n) := n f(n-1)]}
27142 appears to be a good definition of a factorial function, but it is
27143 unsafe.  Imagine what happens if @samp{f(2.5)} is simplified.  Calc
27144 will continue to subtract 1 from this argument forever without reaching
27145 zero.  A safer second rule would be @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0}.
27146 Another dangerous rule is @samp{g(x, y) := g(y, x)}.  Rewriting
27147 @samp{g(2, 4)}, this would bounce back and forth between that and
27148 @samp{g(4, 2)} forever.  If an infinite loop in @code{EvalRules}
27149 occurs, Emacs will eventually stop with a ``Computation got stuck
27150 or ran too long'' message.
27152 Another subtle difference between @code{EvalRules} and regular rewrites
27153 concerns rules that rewrite a formula into an identical formula.  For
27154 example, @samp{f(n) := f(floor(n))} ``fails to match'' when @expr{n} is
27155 already an integer.  But in @code{EvalRules} this case is detected only
27156 if the righthand side literally becomes the original formula before any
27157 further simplification.  This means that @samp{f(n) := f(floor(n))} will
27158 get into an infinite loop if it occurs in @code{EvalRules}.  Calc will
27159 replace @samp{f(6)} with @samp{f(floor(6))}, which is different from
27160 @samp{f(6)}, so it will consider the rule to have matched and will
27161 continue simplifying that formula; first the argument is simplified
27162 to get @samp{f(6)}, then the rule matches again to get @samp{f(floor(6))}
27163 again, ad infinitum.  A much safer rule would check its argument first,
27164 say, with @samp{f(n) := f(floor(n)) :: !dint(n)}.
27166 (What really happens is that the rewrite mechanism substitutes the
27167 meta-variables in the righthand side of a rule, compares to see if the
27168 result is the same as the original formula and fails if so, then uses
27169 the default simplifications to simplify the result and compares again
27170 (and again fails if the formula has simplified back to its original
27171 form).  The only special wrinkle for the @code{EvalRules} is that the
27172 same rules will come back into play when the default simplifications
27173 are used.  What Calc wants to do is build @samp{f(floor(6))}, see that
27174 this is different from the original formula, simplify to @samp{f(6)},
27175 see that this is the same as the original formula, and thus halt the
27176 rewriting.  But while simplifying, @samp{f(6)} will again trigger
27177 the same @code{EvalRules} rule and Calc will get into a loop inside
27178 the rewrite mechanism itself.)
27180 The @code{phase}, @code{schedule}, and @code{iterations} markers do
27181 not work in @code{EvalRules}.  If the rule set is divided into phases,
27182 only the phase 1 rules are applied, and the schedule is ignored.
27183 The rules are always repeated as many times as possible.
27185 The @code{EvalRules} are applied to all function calls in a formula,
27186 but not to numbers (and other number-like objects like error forms),
27187 nor to vectors or individual variable names.  (Though they will apply
27188 to @emph{components} of vectors and error forms when appropriate.)  You
27189 might try to make a variable @code{phihat} which automatically expands
27190 to its definition without the need to press @kbd{=} by writing the
27191 rule @samp{quote(phihat) := (1-sqrt(5))/2}, but unfortunately this rule
27192 will not work as part of @code{EvalRules}.
27194 Finally, another limitation is that Calc sometimes calls its built-in
27195 functions directly rather than going through the default simplifications.
27196 When it does this, @code{EvalRules} will not be able to override those
27197 functions.  For example, when you take the absolute value of the complex
27198 number @expr{(2, 3)}, Calc computes @samp{sqrt(2*2 + 3*3)} by calling
27199 the multiplication, addition, and square root functions directly rather
27200 than applying the default simplifications to this formula.  So an
27201 @code{EvalRules} rule that (perversely) rewrites @samp{sqrt(13) := 6}
27202 would not apply.  (However, if you put Calc into Symbolic mode so that
27203 @samp{sqrt(13)} will be left in symbolic form by the built-in square
27204 root function, your rule will be able to apply.  But if the complex
27205 number were @expr{(3,4)}, so that @samp{sqrt(25)} must be calculated,
27206 then Symbolic mode will not help because @samp{sqrt(25)} can be
27207 evaluated exactly to 5.)
27209 One subtle restriction that normally only manifests itself with
27210 @code{EvalRules} is that while a given rewrite rule is in the process
27211 of being checked, that same rule cannot be recursively applied.  Calc
27212 effectively removes the rule from its rule set while checking the rule,
27213 then puts it back once the match succeeds or fails.  (The technical
27214 reason for this is that compiled pattern programs are not reentrant.)
27215 For example, consider the rule @samp{foo(x) := x :: foo(x/2) > 0}
27216 attempting to match @samp{foo(8)}.  This rule will be inactive while
27217 the condition @samp{foo(4) > 0} is checked, even though it might be
27218 an integral part of evaluating that condition.  Note that this is not
27219 a problem for the more usual recursive type of rule, such as
27220 @samp{foo(x) := foo(x/2)}, because there the rule has succeeded and
27221 been reactivated by the time the righthand side is evaluated.
27223 If @code{EvalRules} has no stored value (its default state), or if
27224 anything but a vector is stored in it, then it is ignored.
27226 Even though Calc's rewrite mechanism is designed to compare rewrite
27227 rules to formulas as quickly as possible, storing rules in
27228 @code{EvalRules} may make Calc run substantially slower.  This is
27229 particularly true of rules where the top-level call is a commonly used
27230 function, or is not fixed.  The rule @samp{f(n) := n f(n-1) :: n>0} will
27231 only activate the rewrite mechanism for calls to the function @code{f},
27232 but @samp{lg(n) + lg(m) := lg(n m)} will check every @samp{+} operator.
27234 @smallexample
27235 apply(f, [a*b]) := apply(f, [a]) + apply(f, [b]) :: in(f, [ln, log10])
27236 @end smallexample
27238 @noindent
27239 may seem more ``efficient'' than two separate rules for @code{ln} and
27240 @code{log10}, but actually it is vastly less efficient because rules
27241 with @code{apply} as the top-level pattern must be tested against
27242 @emph{every} function call that is simplified.
27244 @cindex @code{AlgSimpRules} variable
27245 @vindex AlgSimpRules
27246 Suppose you want @samp{sin(a + b)} to be expanded out not all the time,
27247 but only when @kbd{a s} is used to simplify the formula.  The variable
27248 @code{AlgSimpRules} holds rules for this purpose.  The @kbd{a s} command
27249 will apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules} to the formula, as
27250 well as all of its built-in simplifications.
27252 Most of the special limitations for @code{EvalRules} don't apply to
27253 @code{AlgSimpRules}.  Calc simply does an @kbd{a r AlgSimpRules}
27254 command with an infinite repeat count as the first step of @kbd{a s}.
27255 It then applies its own built-in simplifications throughout the
27256 formula, and then repeats these two steps (along with applying the
27257 default simplifications) until no further changes are possible.
27259 @cindex @code{ExtSimpRules} variable
27260 @cindex @code{UnitSimpRules} variable
27261 @vindex ExtSimpRules
27262 @vindex UnitSimpRules
27263 There are also @code{ExtSimpRules} and @code{UnitSimpRules} variables
27264 that are used by @kbd{a e} and @kbd{u s}, respectively; these commands
27265 also apply @code{EvalRules} and @code{AlgSimpRules}.  The variable
27266 @code{IntegSimpRules} contains simplification rules that are used
27267 only during integration by @kbd{a i}.
27269 @node Debugging Rewrites, Examples of Rewrite Rules, Automatic Rewrites, Rewrite Rules
27270 @subsection Debugging Rewrites
27272 @noindent
27273 If a buffer named @samp{*Trace*} exists, the rewrite mechanism will
27274 record some useful information there as it operates.  The original
27275 formula is written there, as is the result of each successful rewrite,
27276 and the final result of the rewriting.  All phase changes are also
27277 noted.
27279 Calc always appends to @samp{*Trace*}.  You must empty this buffer
27280 yourself periodically if it is in danger of growing unwieldy.
27282 Note that the rewriting mechanism is substantially slower when the
27283 @samp{*Trace*} buffer exists, even if the buffer is not visible on
27284 the screen.  Once you are done, you will probably want to kill this
27285 buffer (with @kbd{C-x k *Trace* @key{RET}}).  If you leave it in
27286 existence and forget about it, all your future rewrite commands will
27287 be needlessly slow.
27289 @node Examples of Rewrite Rules,  , Debugging Rewrites, Rewrite Rules
27290 @subsection Examples of Rewrite Rules
27292 @noindent
27293 Returning to the example of substituting the pattern
27294 @samp{sin(x)^2 + cos(x)^2} with 1, we saw that the rule
27295 @samp{opt(a) sin(x)^2 + opt(a) cos(x)^2 := a} does a good job of
27296 finding suitable cases.  Another solution would be to use the rule
27297 @samp{cos(x)^2 := 1 - sin(x)^2}, followed by algebraic simplification
27298 if necessary.  This rule will be the most effective way to do the job,
27299 but at the expense of making some changes that you might not desire.
27301 Another algebraic rewrite rule is @samp{exp(x+y) := exp(x) exp(y)}.
27302 To make this work with the @w{@kbd{j r}} command so that it can be
27303 easily targeted to a particular exponential in a large formula,
27304 you might wish to write the rule as @samp{select(exp(x+y)) :=
27305 select(exp(x) exp(y))}.  The @samp{select} markers will be
27306 ignored by the regular @kbd{a r} command
27307 (@pxref{Selections with Rewrite Rules}).
27309 A surprisingly useful rewrite rule is @samp{a/(b-c) := a*(b+c)/(b^2-c^2)}.
27310 This will simplify the formula whenever @expr{b} and/or @expr{c} can
27311 be made simpler by squaring.  For example, applying this rule to
27312 @samp{2 / (sqrt(2) + 3)} yields @samp{6:7 - 2:7 sqrt(2)} (assuming
27313 Symbolic mode has been enabled to keep the square root from being
27314 evaluated to a floating-point approximation).  This rule is also
27315 useful when working with symbolic complex numbers, e.g.,
27316 @samp{(a + b i) / (c + d i)}.
27318 As another example, we could define our own ``triangular numbers'' function
27319 with the rules @samp{[tri(0) := 0, tri(n) := n + tri(n-1) :: n>0]}.  Enter
27320 this vector and store it in a variable:  @kbd{@w{s t} trirules}.  Now, given
27321 a suitable formula like @samp{tri(5)} on the stack, type @samp{a r trirules}
27322 to apply these rules repeatedly.  After six applications, @kbd{a r} will
27323 stop with 15 on the stack.  Once these rules are debugged, it would probably
27324 be most useful to add them to @code{EvalRules} so that Calc will evaluate
27325 the new @code{tri} function automatically.  We could then use @kbd{Z K} on
27326 the keyboard macro @kbd{' tri($) @key{RET}} to make a command that applies
27327 @code{tri} to the value on the top of the stack.  @xref{Programming}.
27329 @cindex Quaternions
27330 The following rule set, contributed by 
27331 @texline Fran\c cois
27332 @infoline Francois
27333 Pinard, implements @dfn{quaternions}, a generalization of the concept of
27334 complex numbers.  Quaternions have four components, and are here
27335 represented by function calls @samp{quat(@var{w}, [@var{x}, @var{y},
27336 @var{z}])} with ``real part'' @var{w} and the three ``imaginary'' parts
27337 collected into a vector.  Various arithmetical operations on quaternions
27338 are supported.  To use these rules, either add them to @code{EvalRules},
27339 or create a command based on @kbd{a r} for simplifying quaternion
27340 formulas.  A convenient way to enter quaternions would be a command
27341 defined by a keyboard macro containing: @kbd{' quat($$$$, [$$$, $$, $])
27342 @key{RET}}.
27344 @smallexample
27345 [ quat(w, x, y, z) := quat(w, [x, y, z]),
27346   quat(w, [0, 0, 0]) := w,
27347   abs(quat(w, v)) := hypot(w, v),
27348   -quat(w, v) := quat(-w, -v),
27349   r + quat(w, v) := quat(r + w, v) :: real(r),
27350   r - quat(w, v) := quat(r - w, -v) :: real(r),
27351   quat(w1, v1) + quat(w2, v2) := quat(w1 + w2, v1 + v2),
27352   r * quat(w, v) := quat(r * w, r * v) :: real(r),
27353   plain(quat(w1, v1) * quat(w2, v2))
27354      := quat(w1 * w2 - v1 * v2, w1 * v2 + w2 * v1 + cross(v1, v2)),
27355   quat(w1, v1) / r := quat(w1 / r, v1 / r) :: real(r),
27356   z / quat(w, v) := z * quatinv(quat(w, v)),
27357   quatinv(quat(w, v)) := quat(w, -v) / (w^2 + v^2),
27358   quatsqr(quat(w, v)) := quat(w^2 - v^2, 2 * w * v),
27359   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^(k / 2))
27360                :: integer(k) :: k > 0 :: k % 2 = 0,
27361   quat(w, v)^k := quatsqr(quat(w, v)^((k - 1) / 2)) * quat(w, v)
27362                :: integer(k) :: k > 2,
27363   quat(w, v)^-k := quatinv(quat(w, v)^k) :: integer(k) :: k > 0 ]
27364 @end smallexample
27366 Quaternions, like matrices, have non-commutative multiplication.
27367 In other words, @expr{q1 * q2 = q2 * q1} is not necessarily true if
27368 @expr{q1} and @expr{q2} are @code{quat} forms.  The @samp{quat*quat}
27369 rule above uses @code{plain} to prevent Calc from rearranging the
27370 product.  It may also be wise to add the line @samp{[quat(), matrix]}
27371 to the @code{Decls} matrix, to ensure that Calc's other algebraic
27372 operations will not rearrange a quaternion product.  @xref{Declarations}.
27374 These rules also accept a four-argument @code{quat} form, converting
27375 it to the preferred form in the first rule.  If you would rather see
27376 results in the four-argument form, just append the two items
27377 @samp{phase(2), quat(w, [x, y, z]) := quat(w, x, y, z)} to the end
27378 of the rule set.  (But remember that multi-phase rule sets don't work
27379 in @code{EvalRules}.)
27381 @node Units, Store and Recall, Algebra, Top
27382 @chapter Operating on Units
27384 @noindent
27385 One special interpretation of algebraic formulas is as numbers with units.
27386 For example, the formula @samp{5 m / s^2} can be read ``five meters
27387 per second squared.''  The commands in this chapter help you
27388 manipulate units expressions in this form.  Units-related commands
27389 begin with the @kbd{u} prefix key.
27391 @menu
27392 * Basic Operations on Units::
27393 * The Units Table::
27394 * Predefined Units::
27395 * User-Defined Units::
27396 @end menu
27398 @node Basic Operations on Units, The Units Table, Units, Units
27399 @section Basic Operations on Units
27401 @noindent
27402 A @dfn{units expression} is a formula which is basically a number
27403 multiplied and/or divided by one or more @dfn{unit names}, which may
27404 optionally be raised to integer powers.  Actually, the value part need not
27405 be a number; any product or quotient involving unit names is a units
27406 expression.  Many of the units commands will also accept any formula,
27407 where the command applies to all units expressions which appear in the
27408 formula.
27410 A unit name is a variable whose name appears in the @dfn{unit table},
27411 or a variable whose name is a prefix character like @samp{k} (for ``kilo'')
27412 or @samp{u} (for ``micro'') followed by a name in the unit table.
27413 A substantial table of built-in units is provided with Calc;
27414 @pxref{Predefined Units}.  You can also define your own unit names;
27415 @pxref{User-Defined Units}.
27417 Note that if the value part of a units expression is exactly @samp{1},
27418 it will be removed by the Calculator's automatic algebra routines:  The
27419 formula @samp{1 mm} is ``simplified'' to @samp{mm}.  This is only a
27420 display anomaly, however; @samp{mm} will work just fine as a
27421 representation of one millimeter.
27423 You may find that Algebraic mode (@pxref{Algebraic Entry}) makes working
27424 with units expressions easier.  Otherwise, you will have to remember
27425 to hit the apostrophe key every time you wish to enter units.
27427 @kindex u s
27428 @pindex calc-simplify-units
27429 @ignore
27430 @mindex usimpl@idots
27431 @end ignore
27432 @tindex usimplify
27433 The @kbd{u s} (@code{calc-simplify-units}) [@code{usimplify}] command
27434 simplifies a units
27435 expression.  It uses @kbd{a s} (@code{calc-simplify}) to simplify the
27436 expression first as a regular algebraic formula; it then looks for
27437 features that can be further simplified by converting one object's units
27438 to be compatible with another's.  For example, @samp{5 m + 23 mm} will
27439 simplify to @samp{5.023 m}.  When different but compatible units are
27440 added, the righthand term's units are converted to match those of the
27441 lefthand term.  @xref{Simplification Modes}, for a way to have this done
27442 automatically at all times.
27444 Units simplification also handles quotients of two units with the same
27445 dimensionality, as in @w{@samp{2 in s/L cm}} to @samp{5.08 s/L}; fractional
27446 powers of unit expressions, as in @samp{sqrt(9 mm^2)} to @samp{3 mm} and
27447 @samp{sqrt(9 acre)} to a quantity in meters; and @code{floor},
27448 @code{ceil}, @code{round}, @code{rounde}, @code{roundu}, @code{trunc},
27449 @code{float}, @code{frac}, @code{abs}, and @code{clean}
27450 applied to units expressions, in which case
27451 the operation in question is applied only to the numeric part of the
27452 expression.  Finally, trigonometric functions of quantities with units
27453 of angle are evaluated, regardless of the current angular mode.
27455 @kindex u c
27456 @pindex calc-convert-units
27457 The @kbd{u c} (@code{calc-convert-units}) command converts a units
27458 expression to new, compatible units.  For example, given the units
27459 expression @samp{55 mph}, typing @kbd{u c m/s @key{RET}} produces
27460 @samp{24.5872 m/s}.  If you have previously converted a units expression
27461 with the same type of units (in this case, distance over time), you will
27462 be offered the previous choice of new units as a default.  Continuing
27463 the above example, entering the units expression @samp{100 km/hr} and
27464 typing @kbd{u c @key{RET}} (without specifying new units) produces
27465 @samp{27.7777777778 m/s}.
27467 While many of Calc's conversion factors are exact, some are necessarily
27468 approximate.  If Calc is in fraction mode (@pxref{Fraction Mode}), then
27469 unit conversions will try to give exact, rational conversions, but it
27470 isn't always possible.  Given @samp{55 mph} in fraction mode, typing 
27471 @kbd{u c m/s @key{RET}} produces  @samp{15367:625 m/s}, for example, 
27472 while typing @kbd{u c au/yr @key{RET}} produces 
27473 @samp{5.18665819999e-3 au/yr}.
27475 If the units you request are inconsistent with the original units, the
27476 number will be converted into your units times whatever ``remainder''
27477 units are left over.  For example, converting @samp{55 mph} into acres
27478 produces @samp{6.08e-3 acre / m s}.  (Recall that multiplication binds
27479 more strongly than division in Calc formulas, so the units here are
27480 acres per meter-second.)  Remainder units are expressed in terms of
27481 ``fundamental'' units like @samp{m} and @samp{s}, regardless of the
27482 input units.
27484 One special exception is that if you specify a single unit name, and
27485 a compatible unit appears somewhere in the units expression, then
27486 that compatible unit will be converted to the new unit and the
27487 remaining units in the expression will be left alone.  For example,
27488 given the input @samp{980 cm/s^2}, the command @kbd{u c ms} will
27489 change the @samp{s} to @samp{ms} to get @samp{9.8e-4 cm/ms^2}.
27490 The ``remainder unit'' @samp{cm} is left alone rather than being
27491 changed to the base unit @samp{m}.
27493 You can use explicit unit conversion instead of the @kbd{u s} command
27494 to gain more control over the units of the result of an expression.
27495 For example, given @samp{5 m + 23 mm}, you can type @kbd{u c m} or
27496 @kbd{u c mm} to express the result in either meters or millimeters.
27497 (For that matter, you could type @kbd{u c fath} to express the result
27498 in fathoms, if you preferred!)
27500 In place of a specific set of units, you can also enter one of the
27501 units system names @code{si}, @code{mks} (equivalent), or @code{cgs}.
27502 For example, @kbd{u c si @key{RET}} converts the expression into
27503 International System of Units (SI) base units.  Also, @kbd{u c base}
27504 converts to Calc's base units, which are the same as @code{si} units
27505 except that @code{base} uses @samp{g} as the fundamental unit of mass
27506 whereas @code{si} uses @samp{kg}.
27508 @cindex Composite units
27509 The @kbd{u c} command also accepts @dfn{composite units}, which
27510 are expressed as the sum of several compatible unit names.  For
27511 example, converting @samp{30.5 in} to units @samp{mi+ft+in} (miles,
27512 feet, and inches) produces @samp{2 ft + 6.5 in}.  Calc first
27513 sorts the unit names into order of decreasing relative size.
27514 It then accounts for as much of the input quantity as it can
27515 using an integer number times the largest unit, then moves on
27516 to the next smaller unit, and so on.  Only the smallest unit
27517 may have a non-integer amount attached in the result.  A few
27518 standard unit names exist for common combinations, such as
27519 @code{mfi} for @samp{mi+ft+in}, and @code{tpo} for @samp{ton+lb+oz}.
27520 Composite units are expanded as if by @kbd{a x}, so that
27521 @samp{(ft+in)/hr} is first converted to @samp{ft/hr+in/hr}.
27523 If the value on the stack does not contain any units, @kbd{u c} will
27524 prompt first for the old units which this value should be considered
27525 to have, then for the new units.  Assuming the old and new units you
27526 give are consistent with each other, the result also will not contain
27527 any units.  For example, @kbd{@w{u c} cm @key{RET} in @key{RET}}
27528 converts the number 2 on the stack to 5.08.
27530 @kindex u b
27531 @pindex calc-base-units
27532 The @kbd{u b} (@code{calc-base-units}) command is shorthand for
27533 @kbd{u c base}; it converts the units expression on the top of the
27534 stack into @code{base} units.  If @kbd{u s} does not simplify a
27535 units expression as far as you would like, try @kbd{u b}.
27537 The @kbd{u c} and @kbd{u b} commands treat temperature units (like
27538 @samp{degC} and @samp{K}) as relative temperatures.  For example,
27539 @kbd{u c} converts @samp{10 degC} to @samp{18 degF}: A change of 10
27540 degrees Celsius corresponds to a change of 18 degrees Fahrenheit.
27542 @kindex u t
27543 @pindex calc-convert-temperature
27544 @cindex Temperature conversion
27545 The @kbd{u t} (@code{calc-convert-temperature}) command converts
27546 absolute temperatures.  The value on the stack must be a simple units
27547 expression with units of temperature only.  This command would convert
27548 @samp{10 degC} to @samp{50 degF}, the equivalent temperature on the
27549 Fahrenheit scale.
27551 @kindex u r
27552 @pindex calc-remove-units
27553 @kindex u x
27554 @pindex calc-extract-units
27555 The @kbd{u r} (@code{calc-remove-units}) command removes units from the
27556 formula at the top of the stack.  The @kbd{u x}
27557 (@code{calc-extract-units}) command extracts only the units portion of a
27558 formula.  These commands essentially replace every term of the formula
27559 that does or doesn't (respectively) look like a unit name by the
27560 constant 1, then resimplify the formula.
27562 @kindex u a
27563 @pindex calc-autorange-units
27564 The @kbd{u a} (@code{calc-autorange-units}) command turns on and off a
27565 mode in which unit prefixes like @code{k} (``kilo'') are automatically
27566 applied to keep the numeric part of a units expression in a reasonable
27567 range.  This mode affects @kbd{u s} and all units conversion commands
27568 except @kbd{u b}.  For example, with autoranging on, @samp{12345 Hz}
27569 will be simplified to @samp{12.345 kHz}.  Autoranging is useful for
27570 some kinds of units (like @code{Hz} and @code{m}), but is probably
27571 undesirable for non-metric units like @code{ft} and @code{tbsp}.
27572 (Composite units are more appropriate for those; see above.)
27574 Autoranging always applies the prefix to the leftmost unit name.
27575 Calc chooses the largest prefix that causes the number to be greater
27576 than or equal to 1.0.  Thus an increasing sequence of adjusted times
27577 would be @samp{1 ms, 10 ms, 100 ms, 1 s, 10 s, 100 s, 1 ks}.
27578 Generally the rule of thumb is that the number will be adjusted
27579 to be in the interval @samp{[1 .. 1000)}, although there are several
27580 exceptions to this rule.  First, if the unit has a power then this
27581 is not possible; @samp{0.1 s^2} simplifies to @samp{100000 ms^2}.
27582 Second, the ``centi-'' prefix is allowed to form @code{cm} (centimeters),
27583 but will not apply to other units.  The ``deci-,'' ``deka-,'' and
27584 ``hecto-'' prefixes are never used.  Thus the allowable interval is
27585 @samp{[1 .. 10)} for millimeters and @samp{[1 .. 100)} for centimeters.
27586 Finally, a prefix will not be added to a unit if the resulting name
27587 is also the actual name of another unit; @samp{1e-15 t} would normally
27588 be considered a ``femto-ton,'' but it is written as @samp{1000 at}
27589 (1000 atto-tons) instead because @code{ft} would be confused with feet.
27591 @node The Units Table, Predefined Units, Basic Operations on Units, Units
27592 @section The Units Table
27594 @noindent
27595 @kindex u v
27596 @pindex calc-enter-units-table
27597 The @kbd{u v} (@code{calc-enter-units-table}) command displays the units table
27598 in another buffer called @code{*Units Table*}.  Each entry in this table
27599 gives the unit name as it would appear in an expression, the definition
27600 of the unit in terms of simpler units, and a full name or description of
27601 the unit.  Fundamental units are defined as themselves; these are the
27602 units produced by the @kbd{u b} command.  The fundamental units are
27603 meters, seconds, grams, kelvins, amperes, candelas, moles, radians,
27604 and steradians.
27606 The Units Table buffer also displays the Unit Prefix Table.  Note that
27607 two prefixes, ``kilo'' and ``hecto,'' accept either upper- or lower-case
27608 prefix letters.  @samp{Meg} is also accepted as a synonym for the @samp{M}
27609 prefix.  Whenever a unit name can be interpreted as either a built-in name
27610 or a prefix followed by another built-in name, the former interpretation
27611 wins.  For example, @samp{2 pt} means two pints, not two pico-tons.
27613 The Units Table buffer, once created, is not rebuilt unless you define
27614 new units.  To force the buffer to be rebuilt, give any numeric prefix
27615 argument to @kbd{u v}.
27617 @kindex u V
27618 @pindex calc-view-units-table
27619 The @kbd{u V} (@code{calc-view-units-table}) command is like @kbd{u v} except
27620 that the cursor is not moved into the Units Table buffer.  You can
27621 type @kbd{u V} again to remove the Units Table from the display.  To
27622 return from the Units Table buffer after a @kbd{u v}, type @kbd{C-x * c}
27623 again or use the regular Emacs @w{@kbd{C-x o}} (@code{other-window})
27624 command.  You can also kill the buffer with @kbd{C-x k} if you wish;
27625 the actual units table is safely stored inside the Calculator.
27627 @kindex u g
27628 @pindex calc-get-unit-definition
27629 The @kbd{u g} (@code{calc-get-unit-definition}) command retrieves a unit's
27630 defining expression and pushes it onto the Calculator stack.  For example,
27631 @kbd{u g in} will produce the expression @samp{2.54 cm}.  This is the
27632 same definition for the unit that would appear in the Units Table buffer.
27633 Note that this command works only for actual unit names; @kbd{u g km}
27634 will report that no such unit exists, for example, because @code{km} is
27635 really the unit @code{m} with a @code{k} (``kilo'') prefix.  To see a
27636 definition of a unit in terms of base units, it is easier to push the
27637 unit name on the stack and then reduce it to base units with @kbd{u b}.
27639 @kindex u e
27640 @pindex calc-explain-units
27641 The @kbd{u e} (@code{calc-explain-units}) command displays an English
27642 description of the units of the expression on the stack.  For example,
27643 for the expression @samp{62 km^2 g / s^2 mol K}, the description is
27644 ``Square-Kilometer Gram per (Second-squared Mole Degree-Kelvin).''  This
27645 command uses the English descriptions that appear in the righthand
27646 column of the Units Table.
27648 @node Predefined Units, User-Defined Units, The Units Table, Units
27649 @section Predefined Units
27651 @noindent
27652 The definitions of many units have changed over the years.  For example,
27653 the meter was originally defined in 1791 as one ten-millionth of the
27654 distance from the equator to the north pole.  In order to be more
27655 precise, the definition was adjusted several times, and now a meter is
27656 defined as the distance that light will travel in a vacuum in
27657 1/299792458 of a second; consequently, the speed of light in a
27658 vacuum is exactly 299792458 m/s.  Many other units have been
27659 redefined in terms of fundamental physical processes; a second, for
27660 example, is currently defined as 9192631770 periods of a certain
27661 radiation related to the cesium-133 atom.  The only SI unit that is not
27662 based on a fundamental physical process (although there are efforts to
27663 change this) is the kilogram, which was originally defined as the mass
27664 of one liter of water, but is now defined as the mass of the
27665 International Prototype Kilogram (IPK), a cylinder of platinum-iridium
27666 kept at the Bureau International des Poids et Mesures in S@`evres,
27667 France.  (There are several copies of the IPK throughout the world.)
27668 The British imperial units, once defined in terms of physical objects,
27669 were redefined in 1963 in terms of SI units.  The US customary units,
27670 which were the same as British units until the British imperial system
27671 was created in 1824, were also defined in terms of the SI units in 1893.
27672 Because of these redefinitions, conversions between metric, British
27673 Imperial, and US customary units can often be done precisely.
27675 Since the exact definitions of many kinds of units have evolved over the
27676 years, and since certain countries sometimes have local differences in
27677 their definitions, it is a good idea to examine Calc's definition of a
27678 unit before depending on its exact value.  For example, there are three
27679 different units for gallons, corresponding to the US (@code{gal}),
27680 Canadian (@code{galC}), and British (@code{galUK}) definitions.  Also,
27681 note that @code{oz} is a standard ounce of mass, @code{ozt} is a Troy
27682 ounce, and @code{ozfl} is a fluid ounce.
27684 The temperature units corresponding to degrees Kelvin and Centigrade
27685 (Celsius) are the same in this table, since most units commands treat
27686 temperatures as being relative.  The @code{calc-convert-temperature}
27687 command has special rules for handling the different absolute magnitudes
27688 of the various temperature scales.
27690 The unit of volume ``liters'' can be referred to by either the lower-case
27691 @code{l} or the upper-case @code{L}.
27693 The unit @code{A} stands for Amperes; the name @code{Ang} is used
27694 @tex
27695 for \AA ngstroms.
27696 @end tex
27697 @ifnottex
27698 for Angstroms.
27699 @end ifnottex
27701 The unit @code{pt} stands for pints; the name @code{point} stands for
27702 a typographical point, defined by @samp{72 point = 1 in}.  This is
27703 slightly different than the point defined by the American Typefounder's
27704 Association in 1886, but the point used by Calc has become standard
27705 largely due to its use by the PostScript page description language.
27706 There is also @code{texpt}, which stands for a printer's point as
27707 defined by the @TeX{} typesetting system:  @samp{72.27 texpt = 1 in}.
27708 Other units used by @TeX{} are available; they are @code{texpc} (a pica),
27709 @code{texbp} (a ``big point'', equal to a standard point which is larger
27710 than the point used by @TeX{}), @code{texdd} (a Didot point),
27711 @code{texcc} (a Cicero) and @code{texsp} (a scaled @TeX{} point, 
27712 all dimensions representable in @TeX{} are multiples of this value).
27714 The unit @code{e} stands for the elementary (electron) unit of charge;
27715 because algebra command could mistake this for the special constant
27716 @expr{e}, Calc provides the alternate unit name @code{ech} which is
27717 preferable to @code{e}.
27719 The name @code{g} stands for one gram of mass; there is also @code{gf},
27720 one gram of force.  (Likewise for @kbd{lb}, pounds, and @kbd{lbf}.)
27721 Meanwhile, one ``@expr{g}'' of acceleration is denoted @code{ga}.
27723 The unit @code{ton} is a U.S. ton of @samp{2000 lb}, and @code{t} is
27724 a metric ton of @samp{1000 kg}.
27726 The names @code{s} (or @code{sec}) and @code{min} refer to units of
27727 time; @code{arcsec} and @code{arcmin} are units of angle.
27729 Some ``units'' are really physical constants; for example, @code{c}
27730 represents the speed of light, and @code{h} represents Planck's
27731 constant.  You can use these just like other units: converting
27732 @samp{.5 c} to @samp{m/s} expresses one-half the speed of light in
27733 meters per second.  You can also use this merely as a handy reference;
27734 the @kbd{u g} command gets the definition of one of these constants
27735 in its normal terms, and @kbd{u b} expresses the definition in base
27736 units.
27738 Two units, @code{pi} and @code{alpha} (the fine structure constant,
27739 approximately @mathit{1/137}) are dimensionless.  The units simplification
27740 commands simply treat these names as equivalent to their corresponding
27741 values.  However you can, for example, use @kbd{u c} to convert a pure
27742 number into multiples of the fine structure constant, or @kbd{u b} to
27743 convert this back into a pure number.  (When @kbd{u c} prompts for the
27744 ``old units,'' just enter a blank line to signify that the value
27745 really is unitless.)
27747 @c Describe angular units, luminosity vs. steradians problem.
27749 @node User-Defined Units,  , Predefined Units, Units
27750 @section User-Defined Units
27752 @noindent
27753 Calc provides ways to get quick access to your selected ``favorite''
27754 units, as well as ways to define your own new units.
27756 @kindex u 0-9
27757 @pindex calc-quick-units
27758 @vindex Units
27759 @cindex @code{Units} variable
27760 @cindex Quick units
27761 To select your favorite units, store a vector of unit names or
27762 expressions in the Calc variable @code{Units}.  The @kbd{u 1}
27763 through @kbd{u 9} commands (@code{calc-quick-units}) provide access
27764 to these units.  If the value on the top of the stack is a plain
27765 number (with no units attached), then @kbd{u 1} gives it the
27766 specified units.  (Basically, it multiplies the number by the
27767 first item in the @code{Units} vector.)  If the number on the
27768 stack @emph{does} have units, then @kbd{u 1} converts that number
27769 to the new units.  For example, suppose the vector @samp{[in, ft]}
27770 is stored in @code{Units}.  Then @kbd{30 u 1} will create the
27771 expression @samp{30 in}, and @kbd{u 2} will convert that expression
27772 to @samp{2.5 ft}.
27774 The @kbd{u 0} command accesses the tenth element of @code{Units}.
27775 Only ten quick units may be defined at a time.  If the @code{Units}
27776 variable has no stored value (the default), or if its value is not
27777 a vector, then the quick-units commands will not function.  The
27778 @kbd{s U} command is a convenient way to edit the @code{Units}
27779 variable; @pxref{Operations on Variables}.
27781 @kindex u d
27782 @pindex calc-define-unit
27783 @cindex User-defined units
27784 The @kbd{u d} (@code{calc-define-unit}) command records the units
27785 expression on the top of the stack as the definition for a new,
27786 user-defined unit.  For example, putting @samp{16.5 ft} on the stack and
27787 typing @kbd{u d rod} defines the new unit @samp{rod} to be equivalent to
27788 16.5 feet.  The unit conversion and simplification commands will now
27789 treat @code{rod} just like any other unit of length.  You will also be
27790 prompted for an optional English description of the unit, which will
27791 appear in the Units Table.
27793 @kindex u u
27794 @pindex calc-undefine-unit
27795 The @kbd{u u} (@code{calc-undefine-unit}) command removes a user-defined
27796 unit.  It is not possible to remove one of the predefined units,
27797 however.
27799 If you define a unit with an existing unit name, your new definition
27800 will replace the original definition of that unit.  If the unit was a
27801 predefined unit, the old definition will not be replaced, only
27802 ``shadowed.''  The built-in definition will reappear if you later use
27803 @kbd{u u} to remove the shadowing definition.
27805 To create a new fundamental unit, use either 1 or the unit name itself
27806 as the defining expression.  Otherwise the expression can involve any
27807 other units that you like (except for composite units like @samp{mfi}).
27808 You can create a new composite unit with a sum of other units as the
27809 defining expression.  The next unit operation like @kbd{u c} or @kbd{u v}
27810 will rebuild the internal unit table incorporating your modifications.
27811 Note that erroneous definitions (such as two units defined in terms of
27812 each other) will not be detected until the unit table is next rebuilt;
27813 @kbd{u v} is a convenient way to force this to happen.
27815 Temperature units are treated specially inside the Calculator; it is not
27816 possible to create user-defined temperature units.
27818 @kindex u p
27819 @pindex calc-permanent-units
27820 @cindex Calc init file, user-defined units
27821 The @kbd{u p} (@code{calc-permanent-units}) command stores the user-defined
27822 units in your Calc init file (the file given by the variable
27823 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so that the
27824 units will still be available in subsequent Emacs sessions.  If there
27825 was already a set of user-defined units in your Calc init file, it
27826 is replaced by the new set.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to
27827 tell Calc to use a different file for the Calc init file.)
27829 @node Store and Recall, Graphics, Units, Top
27830 @chapter Storing and Recalling
27832 @noindent
27833 Calculator variables are really just Lisp variables that contain numbers
27834 or formulas in a form that Calc can understand.  The commands in this
27835 section allow you to manipulate variables conveniently.  Commands related
27836 to variables use the @kbd{s} prefix key.
27838 @menu
27839 * Storing Variables::
27840 * Recalling Variables::
27841 * Operations on Variables::
27842 * Let Command::
27843 * Evaluates-To Operator::
27844 @end menu
27846 @node Storing Variables, Recalling Variables, Store and Recall, Store and Recall
27847 @section Storing Variables
27849 @noindent
27850 @kindex s s
27851 @pindex calc-store
27852 @cindex Storing variables
27853 @cindex Quick variables
27854 @vindex q0
27855 @vindex q9
27856 The @kbd{s s} (@code{calc-store}) command stores the value at the top of
27857 the stack into a specified variable.  It prompts you to enter the
27858 name of the variable.  If you press a single digit, the value is stored
27859 immediately in one of the ``quick'' variables @code{q0} through
27860 @code{q9}.  Or you can enter any variable name.  
27862 @kindex s t
27863 @pindex calc-store-into
27864 The @kbd{s s} command leaves the stored value on the stack.  There is
27865 also an @kbd{s t} (@code{calc-store-into}) command, which removes a
27866 value from the stack and stores it in a variable.
27868 If the top of stack value is an equation @samp{a = 7} or assignment
27869 @samp{a := 7} with a variable on the lefthand side, then Calc will
27870 assign that variable with that value by default, i.e., if you type
27871 @kbd{s s @key{RET}} or @kbd{s t @key{RET}}.  In this example, the
27872 value 7 would be stored in the variable @samp{a}.  (If you do type
27873 a variable name at the prompt, the top-of-stack value is stored in
27874 its entirety, even if it is an equation:  @samp{s s b @key{RET}}
27875 with @samp{a := 7} on the stack stores @samp{a := 7} in @code{b}.)
27877 In fact, the top of stack value can be a vector of equations or
27878 assignments with different variables on their lefthand sides; the
27879 default will be to store all the variables with their corresponding
27880 righthand sides simultaneously.
27882 It is also possible to type an equation or assignment directly at
27883 the prompt for the @kbd{s s} or @kbd{s t} command:  @kbd{s s foo = 7}.
27884 In this case the expression to the right of the @kbd{=} or @kbd{:=}
27885 symbol is evaluated as if by the @kbd{=} command, and that value is
27886 stored in the variable.  No value is taken from the stack; @kbd{s s}
27887 and @kbd{s t} are equivalent when used in this way.
27889 @kindex s 0-9
27890 @kindex t 0-9
27891 The prefix keys @kbd{s} and @kbd{t} may be followed immediately by a
27892 digit; @kbd{s 9} is equivalent to @kbd{s s 9}, and @kbd{t 9} is
27893 equivalent to @kbd{s t 9}.  (The @kbd{t} prefix is otherwise used
27894 for trail and time/date commands.)
27896 @kindex s +
27897 @kindex s -
27898 @ignore
27899 @mindex @idots
27900 @end ignore
27901 @kindex s *
27902 @ignore
27903 @mindex @null
27904 @end ignore
27905 @kindex s /
27906 @ignore
27907 @mindex @null
27908 @end ignore
27909 @kindex s ^
27910 @ignore
27911 @mindex @null
27912 @end ignore
27913 @kindex s |
27914 @ignore
27915 @mindex @null
27916 @end ignore
27917 @kindex s n
27918 @ignore
27919 @mindex @null
27920 @end ignore
27921 @kindex s &
27922 @ignore
27923 @mindex @null
27924 @end ignore
27925 @kindex s [
27926 @ignore
27927 @mindex @null
27928 @end ignore
27929 @kindex s ]
27930 @pindex calc-store-plus
27931 @pindex calc-store-minus
27932 @pindex calc-store-times
27933 @pindex calc-store-div
27934 @pindex calc-store-power
27935 @pindex calc-store-concat
27936 @pindex calc-store-neg
27937 @pindex calc-store-inv
27938 @pindex calc-store-decr
27939 @pindex calc-store-incr
27940 There are also several ``arithmetic store'' commands.  For example,
27941 @kbd{s +} removes a value from the stack and adds it to the specified
27942 variable.  The other arithmetic stores are @kbd{s -}, @kbd{s *}, @kbd{s /},
27943 @kbd{s ^}, and @w{@kbd{s |}} (vector concatenation), plus @kbd{s n} and
27944 @kbd{s &} which negate or invert the value in a variable, and @w{@kbd{s [}}
27945 and @kbd{s ]} which decrease or increase a variable by one.
27947 All the arithmetic stores accept the Inverse prefix to reverse the
27948 order of the operands.  If @expr{v} represents the contents of the
27949 variable, and @expr{a} is the value drawn from the stack, then regular
27950 @w{@kbd{s -}} assigns 
27951 @texline @math{v \coloneq v - a},
27952 @infoline @expr{v := v - a}, 
27953 but @kbd{I s -} assigns
27954 @texline @math{v \coloneq a - v}.
27955 @infoline @expr{v := a - v}.  
27956 While @kbd{I s *} might seem pointless, it is
27957 useful if matrix multiplication is involved.  Actually, all the
27958 arithmetic stores use formulas designed to behave usefully both
27959 forwards and backwards:
27961 @example
27962 @group
27963 s +        v := v + a          v := a + v
27964 s -        v := v - a          v := a - v
27965 s *        v := v * a          v := a * v
27966 s /        v := v / a          v := a / v
27967 s ^        v := v ^ a          v := a ^ v
27968 s |        v := v | a          v := a | v
27969 s n        v := v / (-1)       v := (-1) / v
27970 s &        v := v ^ (-1)       v := (-1) ^ v
27971 s [        v := v - 1          v := 1 - v
27972 s ]        v := v - (-1)       v := (-1) - v
27973 @end group
27974 @end example
27976 In the last four cases, a numeric prefix argument will be used in
27977 place of the number one.  (For example, @kbd{M-2 s ]} increases
27978 a variable by 2, and @kbd{M-2 I s ]} replaces a variable by
27979 minus-two minus the variable.
27981 The first six arithmetic stores can also be typed @kbd{s t +}, @kbd{s t -},
27982 etc.  The commands @kbd{s s +}, @kbd{s s -}, and so on are analogous
27983 arithmetic stores that don't remove the value @expr{a} from the stack.
27985 All arithmetic stores report the new value of the variable in the
27986 Trail for your information.  They signal an error if the variable
27987 previously had no stored value.  If default simplifications have been
27988 turned off, the arithmetic stores temporarily turn them on for numeric
27989 arguments only (i.e., they temporarily do an @kbd{m N} command).
27990 @xref{Simplification Modes}.  Large vectors put in the trail by
27991 these commands always use abbreviated (@kbd{t .}) mode.
27993 @kindex s m
27994 @pindex calc-store-map
27995 The @kbd{s m} command is a general way to adjust a variable's value
27996 using any Calc function.  It is a ``mapping'' command analogous to
27997 @kbd{V M}, @kbd{V R}, etc.  @xref{Reducing and Mapping}, to see
27998 how to specify a function for a mapping command.  Basically,
27999 all you do is type the Calc command key that would invoke that
28000 function normally.  For example, @kbd{s m n} applies the @kbd{n}
28001 key to negate the contents of the variable, so @kbd{s m n} is
28002 equivalent to @kbd{s n}.  Also, @kbd{s m Q} takes the square root
28003 of the value stored in a variable, @kbd{s m v v} uses @kbd{v v} to
28004 reverse the vector stored in the variable, and @kbd{s m H I S}
28005 takes the hyperbolic arcsine of the variable contents.
28007 If the mapping function takes two or more arguments, the additional
28008 arguments are taken from the stack; the old value of the variable
28009 is provided as the first argument.  Thus @kbd{s m -} with @expr{a}
28010 on the stack computes @expr{v - a}, just like @kbd{s -}.  With the
28011 Inverse prefix, the variable's original value becomes the @emph{last}
28012 argument instead of the first.  Thus @kbd{I s m -} is also
28013 equivalent to @kbd{I s -}.
28015 @kindex s x
28016 @pindex calc-store-exchange
28017 The @kbd{s x} (@code{calc-store-exchange}) command exchanges the value
28018 of a variable with the value on the top of the stack.  Naturally, the
28019 variable must already have a stored value for this to work.
28021 You can type an equation or assignment at the @kbd{s x} prompt.  The
28022 command @kbd{s x a=6} takes no values from the stack; instead, it
28023 pushes the old value of @samp{a} on the stack and stores @samp{a = 6}.
28025 @kindex s u
28026 @pindex calc-unstore
28027 @cindex Void variables
28028 @cindex Un-storing variables
28029 Until you store something in them, most variables are ``void,'' that is,
28030 they contain no value at all.  If they appear in an algebraic formula
28031 they will be left alone even if you press @kbd{=} (@code{calc-evaluate}).
28032 The @kbd{s u} (@code{calc-unstore}) command returns a variable to the
28033 void state.
28035 @kindex s c
28036 @pindex calc-copy-variable
28037 The @kbd{s c} (@code{calc-copy-variable}) command copies the stored
28038 value of one variable to another.  One way it differs from a simple
28039 @kbd{s r} followed by an @kbd{s t} (aside from saving keystrokes) is
28040 that the value never goes on the stack and thus is never rounded,
28041 evaluated, or simplified in any way; it is not even rounded down to the
28042 current precision.
28044 The only variables with predefined values are the ``special constants''
28045 @code{pi}, @code{e}, @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}.  You are free
28046 to unstore these variables or to store new values into them if you like,
28047 although some of the algebraic-manipulation functions may assume these
28048 variables represent their standard values.  Calc displays a warning if
28049 you change the value of one of these variables, or of one of the other
28050 special variables @code{inf}, @code{uinf}, and @code{nan} (which are
28051 normally void).
28053 Note that @code{pi} doesn't actually have 3.14159265359 stored in it,
28054 but rather a special magic value that evaluates to @cpi{} at the current
28055 precision.  Likewise @code{e}, @code{i}, and @code{phi} evaluate
28056 according to the current precision or polar mode.  If you recall a value
28057 from @code{pi} and store it back, this magic property will be lost.  The
28058 magic property is preserved, however, when a variable is copied with
28059 @kbd{s c}.
28061 @kindex s k
28062 @pindex calc-copy-special-constant
28063 If one of the ``special constants'' is redefined (or undefined) so that
28064 it no longer has its magic property, the property can be restored with 
28065 @kbd{s k} (@code{calc-copy-special-constant}).  This command will prompt
28066 for a special constant and a variable to store it in, and so a special
28067 constant can be stored in any variable.  Here, the special constant that
28068 you enter doesn't depend on the value of the corresponding variable;
28069 @code{pi} will represent 3.14159@dots{} regardless of what is currently
28070 stored in the Calc variable @code{pi}.  If one of the other special
28071 variables, @code{inf}, @code{uinf} or @code{nan}, is given a value, its
28072 original behavior can be restored by voiding it with @kbd{s u}.
28074 @node Recalling Variables, Operations on Variables, Storing Variables, Store and Recall
28075 @section Recalling Variables
28077 @noindent
28078 @kindex s r
28079 @pindex calc-recall
28080 @cindex Recalling variables
28081 The most straightforward way to extract the stored value from a variable
28082 is to use the @kbd{s r} (@code{calc-recall}) command.  This command prompts
28083 for a variable name (similarly to @code{calc-store}), looks up the value
28084 of the specified variable, and pushes that value onto the stack.  It is
28085 an error to try to recall a void variable.
28087 It is also possible to recall the value from a variable by evaluating a
28088 formula containing that variable.  For example, @kbd{' a @key{RET} =} is
28089 the same as @kbd{s r a @key{RET}} except that if the variable is void, the
28090 former will simply leave the formula @samp{a} on the stack whereas the
28091 latter will produce an error message.
28093 @kindex r 0-9
28094 The @kbd{r} prefix may be followed by a digit, so that @kbd{r 9} is
28095 equivalent to @kbd{s r 9}.  (The @kbd{r} prefix is otherwise unused
28096 in the current version of Calc.)
28098 @node Operations on Variables, Let Command, Recalling Variables, Store and Recall
28099 @section Other Operations on Variables
28101 @noindent
28102 @kindex s e
28103 @pindex calc-edit-variable
28104 The @kbd{s e} (@code{calc-edit-variable}) command edits the stored
28105 value of a variable without ever putting that value on the stack
28106 or simplifying or evaluating the value.  It prompts for the name of
28107 the variable to edit.  If the variable has no stored value, the
28108 editing buffer will start out empty.  If the editing buffer is
28109 empty when you press @kbd{C-c C-c} to finish, the variable will
28110 be made void.  @xref{Editing Stack Entries}, for a general
28111 description of editing.
28113 The @kbd{s e} command is especially useful for creating and editing
28114 rewrite rules which are stored in variables.  Sometimes these rules
28115 contain formulas which must not be evaluated until the rules are
28116 actually used.  (For example, they may refer to @samp{deriv(x,y)},
28117 where @code{x} will someday become some expression involving @code{y};
28118 if you let Calc evaluate the rule while you are defining it, Calc will
28119 replace @samp{deriv(x,y)} with 0 because the formula @code{x} does
28120 not itself refer to @code{y}.)  By contrast, recalling the variable,
28121 editing with @kbd{`}, and storing will evaluate the variable's value
28122 as a side effect of putting the value on the stack.
28124 @kindex s A
28125 @kindex s D
28126 @ignore
28127 @mindex @idots
28128 @end ignore
28129 @kindex s E
28130 @ignore
28131 @mindex @null
28132 @end ignore
28133 @kindex s F
28134 @ignore
28135 @mindex @null
28136 @end ignore
28137 @kindex s G
28138 @ignore
28139 @mindex @null
28140 @end ignore
28141 @kindex s H
28142 @ignore
28143 @mindex @null
28144 @end ignore
28145 @kindex s I
28146 @ignore
28147 @mindex @null
28148 @end ignore
28149 @kindex s L
28150 @ignore
28151 @mindex @null
28152 @end ignore
28153 @kindex s P
28154 @ignore
28155 @mindex @null
28156 @end ignore
28157 @kindex s R
28158 @ignore
28159 @mindex @null
28160 @end ignore
28161 @kindex s T
28162 @ignore
28163 @mindex @null
28164 @end ignore
28165 @kindex s U
28166 @ignore
28167 @mindex @null
28168 @end ignore
28169 @kindex s X
28170 @pindex calc-store-AlgSimpRules
28171 @pindex calc-store-Decls
28172 @pindex calc-store-EvalRules
28173 @pindex calc-store-FitRules
28174 @pindex calc-store-GenCount
28175 @pindex calc-store-Holidays
28176 @pindex calc-store-IntegLimit
28177 @pindex calc-store-LineStyles
28178 @pindex calc-store-PointStyles
28179 @pindex calc-store-PlotRejects
28180 @pindex calc-store-TimeZone
28181 @pindex calc-store-Units
28182 @pindex calc-store-ExtSimpRules
28183 There are several special-purpose variable-editing commands that
28184 use the @kbd{s} prefix followed by a shifted letter:
28186 @table @kbd
28187 @item s A
28188 Edit @code{AlgSimpRules}.  @xref{Algebraic Simplifications}.
28189 @item s D
28190 Edit @code{Decls}.  @xref{Declarations}.
28191 @item s E
28192 Edit @code{EvalRules}.  @xref{Default Simplifications}.
28193 @item s F
28194 Edit @code{FitRules}.  @xref{Curve Fitting}.
28195 @item s G
28196 Edit @code{GenCount}.  @xref{Solving Equations}.
28197 @item s H
28198 Edit @code{Holidays}.  @xref{Business Days}.
28199 @item s I
28200 Edit @code{IntegLimit}.  @xref{Calculus}.
28201 @item s L
28202 Edit @code{LineStyles}.  @xref{Graphics}.
28203 @item s P
28204 Edit @code{PointStyles}.  @xref{Graphics}.
28205 @item s R
28206 Edit @code{PlotRejects}.  @xref{Graphics}.
28207 @item s T
28208 Edit @code{TimeZone}.  @xref{Time Zones}.
28209 @item s U
28210 Edit @code{Units}.  @xref{User-Defined Units}.
28211 @item s X
28212 Edit @code{ExtSimpRules}.  @xref{Unsafe Simplifications}.
28213 @end table
28215 These commands are just versions of @kbd{s e} that use fixed variable
28216 names rather than prompting for the variable name.
28218 @kindex s p
28219 @pindex calc-permanent-variable
28220 @cindex Storing variables
28221 @cindex Permanent variables
28222 @cindex Calc init file, variables
28223 The @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command saves a
28224 variable's value permanently in your Calc init file (the file given by
28225 the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}), so
28226 that its value will still be available in future Emacs sessions.  You
28227 can re-execute @w{@kbd{s p}} later on to update the saved value, but the
28228 only way to remove a saved variable is to edit your calc init file
28229 by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
28230 use a different file for the Calc init file.)
28232 If you do not specify the name of a variable to save (i.e.,
28233 @kbd{s p @key{RET}}), all Calc variables with defined values
28234 are saved except for the special constants @code{pi}, @code{e},
28235 @code{i}, @code{phi}, and @code{gamma}; the variables @code{TimeZone}
28236 and @code{PlotRejects};
28237 @code{FitRules}, @code{DistribRules}, and other built-in rewrite
28238 rules; and @code{PlotData@var{n}} variables generated
28239 by the graphics commands.  (You can still save these variables by
28240 explicitly naming them in an @kbd{s p} command.)
28242 @kindex s i
28243 @pindex calc-insert-variables
28244 The @kbd{s i} (@code{calc-insert-variables}) command writes
28245 the values of all Calc variables into a specified buffer.
28246 The variables are written with the prefix @code{var-} in the form of
28247 Lisp @code{setq} commands 
28248 which store the values in string form.  You can place these commands
28249 in your Calc init file (or @file{.emacs}) if you wish, though in this case it
28250 would be easier to use @kbd{s p @key{RET}}.  (Note that @kbd{s i}
28251 omits the same set of variables as @w{@kbd{s p @key{RET}}}; the difference
28252 is that @kbd{s i} will store the variables in any buffer, and it also
28253 stores in a more human-readable format.)
28255 @node Let Command, Evaluates-To Operator, Operations on Variables, Store and Recall
28256 @section The Let Command
28258 @noindent
28259 @kindex s l
28260 @pindex calc-let
28261 @cindex Variables, temporary assignment
28262 @cindex Temporary assignment to variables
28263 If you have an expression like @samp{a+b^2} on the stack and you wish to
28264 compute its value where @expr{b=3}, you can simply store 3 in @expr{b} and
28265 then press @kbd{=} to reevaluate the formula.  This has the side-effect
28266 of leaving the stored value of 3 in @expr{b} for future operations.
28268 The @kbd{s l} (@code{calc-let}) command evaluates a formula under a
28269 @emph{temporary} assignment of a variable.  It stores the value on the
28270 top of the stack into the specified variable, then evaluates the
28271 second-to-top stack entry, then restores the original value (or lack of one)
28272 in the variable.  Thus after @kbd{'@w{ }a+b^2 @key{RET} 3 s l b @key{RET}},
28273 the stack will contain the formula @samp{a + 9}.  The subsequent command
28274 @kbd{@w{5 s l a} @key{RET}} will replace this formula with the number 14.
28275 The variables @samp{a} and @samp{b} are not permanently affected in any way
28276 by these commands.
28278 The value on the top of the stack may be an equation or assignment, or
28279 a vector of equations or assignments, in which case the default will be
28280 analogous to the case of @kbd{s t @key{RET}}.  @xref{Storing Variables}.
28282 Also, you can answer the variable-name prompt with an equation or
28283 assignment:  @kbd{s l b=3 @key{RET}} is the same as storing 3 on the stack
28284 and typing @kbd{s l b @key{RET}}.
28286 The @kbd{a b} (@code{calc-substitute}) command is another way to substitute
28287 a variable with a value in a formula.  It does an actual substitution
28288 rather than temporarily assigning the variable and evaluating.  For
28289 example, letting @expr{n=2} in @samp{f(n pi)} with @kbd{a b} will
28290 produce @samp{f(2 pi)}, whereas @kbd{s l} would give @samp{f(6.28)}
28291 since the evaluation step will also evaluate @code{pi}.
28293 @node Evaluates-To Operator,  , Let Command, Store and Recall
28294 @section The Evaluates-To Operator
28296 @noindent
28297 @tindex evalto
28298 @tindex =>
28299 @cindex Evaluates-to operator
28300 @cindex @samp{=>} operator
28301 The special algebraic symbol @samp{=>} is known as the @dfn{evaluates-to
28302 operator}.  (It will show up as an @code{evalto} function call in
28303 other language modes like Pascal and La@TeX{}.)  This is a binary
28304 operator, that is, it has a lefthand and a righthand argument,
28305 although it can be entered with the righthand argument omitted.
28307 A formula like @samp{@var{a} => @var{b}} is evaluated by Calc as
28308 follows:  First, @var{a} is not simplified or modified in any
28309 way.  The previous value of argument @var{b} is thrown away; the
28310 formula @var{a} is then copied and evaluated as if by the @kbd{=}
28311 command according to all current modes and stored variable values,
28312 and the result is installed as the new value of @var{b}.
28314 For example, suppose you enter the algebraic formula @samp{2 + 3 => 17}.
28315 The number 17 is ignored, and the lefthand argument is left in its
28316 unevaluated form; the result is the formula @samp{2 + 3 => 5}.
28318 @kindex s =
28319 @pindex calc-evalto
28320 You can enter an @samp{=>} formula either directly using algebraic
28321 entry (in which case the righthand side may be omitted since it is
28322 going to be replaced right away anyhow), or by using the @kbd{s =}
28323 (@code{calc-evalto}) command, which takes @var{a} from the stack
28324 and replaces it with @samp{@var{a} => @var{b}}.
28326 Calc keeps track of all @samp{=>} operators on the stack, and
28327 recomputes them whenever anything changes that might affect their
28328 values, i.e., a mode setting or variable value.  This occurs only
28329 if the @samp{=>} operator is at the top level of the formula, or
28330 if it is part of a top-level vector.  In other words, pushing
28331 @samp{2 + (a => 17)} will change the 17 to the actual value of
28332 @samp{a} when you enter the formula, but the result will not be
28333 dynamically updated when @samp{a} is changed later because the
28334 @samp{=>} operator is buried inside a sum.  However, a vector
28335 of @samp{=>} operators will be recomputed, since it is convenient
28336 to push a vector like @samp{[a =>, b =>, c =>]} on the stack to
28337 make a concise display of all the variables in your problem.
28338 (Another way to do this would be to use @samp{[a, b, c] =>},
28339 which provides a slightly different format of display.  You
28340 can use whichever you find easiest to read.)
28342 @kindex m C
28343 @pindex calc-auto-recompute
28344 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command allows you to
28345 turn this automatic recomputation on or off.  If you turn
28346 recomputation off, you must explicitly recompute an @samp{=>}
28347 operator on the stack in one of the usual ways, such as by
28348 pressing @kbd{=}.  Turning recomputation off temporarily can save
28349 a lot of time if you will be changing several modes or variables
28350 before you look at the @samp{=>} entries again.
28352 Most commands are not especially useful with @samp{=>} operators
28353 as arguments.  For example, given @samp{x + 2 => 17}, it won't
28354 work to type @kbd{1 +} to get @samp{x + 3 => 18}.  If you want
28355 to operate on the lefthand side of the @samp{=>} operator on
28356 the top of the stack, type @kbd{j 1} (that's the digit ``one'')
28357 to select the lefthand side, execute your commands, then type
28358 @kbd{j u} to unselect.
28360 All current modes apply when an @samp{=>} operator is computed,
28361 including the current simplification mode.  Recall that the
28362 formula @samp{x + y + x} is not handled by Calc's default
28363 simplifications, but the @kbd{a s} command will reduce it to
28364 the simpler form @samp{y + 2 x}.  You can also type @kbd{m A}
28365 to enable an Algebraic Simplification mode in which the
28366 equivalent of @kbd{a s} is used on all of Calc's results.
28367 If you enter @samp{x + y + x =>} normally, the result will
28368 be @samp{x + y + x => x + y + x}.  If you change to
28369 Algebraic Simplification mode, the result will be
28370 @samp{x + y + x => y + 2 x}.  However, just pressing @kbd{a s}
28371 once will have no effect on @samp{x + y + x => x + y + x},
28372 because the righthand side depends only on the lefthand side
28373 and the current mode settings, and the lefthand side is not
28374 affected by commands like @kbd{a s}.
28376 The ``let'' command (@kbd{s l}) has an interesting interaction
28377 with the @samp{=>} operator.  The @kbd{s l} command evaluates the
28378 second-to-top stack entry with the top stack entry supplying
28379 a temporary value for a given variable.  As you might expect,
28380 if that stack entry is an @samp{=>} operator its righthand
28381 side will temporarily show this value for the variable.  In
28382 fact, all @samp{=>}s on the stack will be updated if they refer
28383 to that variable.  But this change is temporary in the sense
28384 that the next command that causes Calc to look at those stack
28385 entries will make them revert to the old variable value.
28387 @smallexample
28388 @group
28389 2:  a => a             2:  a => 17         2:  a => a
28390 1:  a + 1 => a + 1     1:  a + 1 => 18     1:  a + 1 => a + 1
28391     .                      .                   .
28393                            17 s l a @key{RET}        p 8 @key{RET}
28394 @end group
28395 @end smallexample
28397 Here the @kbd{p 8} command changes the current precision,
28398 thus causing the @samp{=>} forms to be recomputed after the
28399 influence of the ``let'' is gone.  The @kbd{d @key{SPC}} command
28400 (@code{calc-refresh}) is a handy way to force the @samp{=>}
28401 operators on the stack to be recomputed without any other
28402 side effects.
28404 @kindex s :
28405 @pindex calc-assign
28406 @tindex assign
28407 @tindex :=
28408 Embedded mode also uses @samp{=>} operators.  In Embedded mode,
28409 the lefthand side of an @samp{=>} operator can refer to variables
28410 assigned elsewhere in the file by @samp{:=} operators.  The
28411 assignment operator @samp{a := 17} does not actually do anything
28412 by itself.  But Embedded mode recognizes it and marks it as a sort
28413 of file-local definition of the variable.  You can enter @samp{:=}
28414 operators in Algebraic mode, or by using the @kbd{s :}
28415 (@code{calc-assign}) [@code{assign}] command which takes a variable
28416 and value from the stack and replaces them with an assignment.
28418 @xref{TeX and LaTeX Language Modes}, for the way @samp{=>} appears in
28419 @TeX{} language output.  The @dfn{eqn} mode gives similar
28420 treatment to @samp{=>}.
28422 @node Graphics, Kill and Yank, Store and Recall, Top
28423 @chapter Graphics
28425 @noindent
28426 The commands for graphing data begin with the @kbd{g} prefix key.  Calc
28427 uses GNUPLOT 2.0 or later to do graphics.  These commands will only work
28428 if GNUPLOT is available on your system.  (While GNUPLOT sounds like
28429 a relative of GNU Emacs, it is actually completely unrelated.
28430 However, it is free software.   It can be obtained from
28431 @samp{http://www.gnuplot.info}.)
28433 @vindex calc-gnuplot-name
28434 If you have GNUPLOT installed on your system but Calc is unable to
28435 find it, you may need to set the @code{calc-gnuplot-name} variable
28436 in your Calc init file or @file{.emacs}.  You may also need to set some Lisp
28437 variables to show Calc how to run GNUPLOT on your system; these
28438 are described under @kbd{g D} and @kbd{g O} below.  If you are
28439 using the X window system, Calc will configure GNUPLOT for you
28440 automatically.  If you have GNUPLOT 3.0 or later and you are not using X,
28441 Calc will configure GNUPLOT to display graphs using simple character
28442 graphics that will work on any terminal.
28444 @menu
28445 * Basic Graphics::
28446 * Three Dimensional Graphics::
28447 * Managing Curves::
28448 * Graphics Options::
28449 * Devices::
28450 @end menu
28452 @node Basic Graphics, Three Dimensional Graphics, Graphics, Graphics
28453 @section Basic Graphics
28455 @noindent
28456 @kindex g f
28457 @pindex calc-graph-fast
28458 The easiest graphics command is @kbd{g f} (@code{calc-graph-fast}).
28459 This command takes two vectors of equal length from the stack.
28460 The vector at the top of the stack represents the ``y'' values of
28461 the various data points.  The vector in the second-to-top position
28462 represents the corresponding ``x'' values.  This command runs
28463 GNUPLOT (if it has not already been started by previous graphing
28464 commands) and displays the set of data points.  The points will
28465 be connected by lines, and there will also be some kind of symbol
28466 to indicate the points themselves.
28468 The ``x'' entry may instead be an interval form, in which case suitable
28469 ``x'' values are interpolated between the minimum and maximum values of
28470 the interval (whether the interval is open or closed is ignored).
28472 The ``x'' entry may also be a number, in which case Calc uses the
28473 sequence of ``x'' values @expr{x}, @expr{x+1}, @expr{x+2}, etc.
28474 (Generally the number 0 or 1 would be used for @expr{x} in this case.)
28476 The ``y'' entry may be any formula instead of a vector.  Calc effectively
28477 uses @kbd{N} (@code{calc-eval-num}) to evaluate variables in the formula;
28478 the result of this must be a formula in a single (unassigned) variable.
28479 The formula is plotted with this variable taking on the various ``x''
28480 values.  Graphs of formulas by default use lines without symbols at the
28481 computed data points.  Note that if neither ``x'' nor ``y'' is a vector,
28482 Calc guesses at a reasonable number of data points to use.  See the
28483 @kbd{g N} command below.  (The ``x'' values must be either a vector
28484 or an interval if ``y'' is a formula.)
28486 @ignore
28487 @starindex
28488 @end ignore
28489 @tindex xy
28490 If ``y'' is (or evaluates to) a formula of the form
28491 @samp{xy(@var{x}, @var{y})} then the result is a
28492 parametric plot.  The two arguments of the fictitious @code{xy} function
28493 are used as the ``x'' and ``y'' coordinates of the curve, respectively.
28494 In this case the ``x'' vector or interval you specified is not directly
28495 visible in the graph.  For example, if ``x'' is the interval @samp{[0..360]}
28496 and ``y'' is the formula @samp{xy(sin(t), cos(t))}, the resulting graph
28497 will be a circle.
28499 Also, ``x'' and ``y'' may each be variable names, in which case Calc
28500 looks for suitable vectors, intervals, or formulas stored in those
28501 variables.
28503 The ``x'' and ``y'' values for the data points (as pulled from the vectors,
28504 calculated from the formulas, or interpolated from the intervals) should
28505 be real numbers (integers, fractions, or floats).  One exception to this
28506 is that the ``y'' entry can consist of a vector of numbers combined with
28507 error forms, in which case the points will be plotted with the
28508 appropriate error bars.  Other than this, if either the ``x''
28509 value or the ``y'' value of a given data point is not a real number, that
28510 data point will be omitted from the graph.  The points on either side
28511 of the invalid point will @emph{not} be connected by a line.
28513 See the documentation for @kbd{g a} below for a description of the way
28514 numeric prefix arguments affect @kbd{g f}.
28516 @cindex @code{PlotRejects} variable
28517 @vindex PlotRejects
28518 If you store an empty vector in the variable @code{PlotRejects}
28519 (i.e., @kbd{[ ] s t PlotRejects}), Calc will append information to
28520 this vector for every data point which was rejected because its
28521 ``x'' or ``y'' values were not real numbers.  The result will be
28522 a matrix where each row holds the curve number, data point number,
28523 ``x'' value, and ``y'' value for a rejected data point.
28524 @xref{Evaluates-To Operator}, for a handy way to keep tabs on the
28525 current value of @code{PlotRejects}.  @xref{Operations on Variables},
28526 for the @kbd{s R} command which is another easy way to examine
28527 @code{PlotRejects}.
28529 @kindex g c
28530 @pindex calc-graph-clear
28531 To clear the graphics display, type @kbd{g c} (@code{calc-graph-clear}).
28532 If the GNUPLOT output device is an X window, the window will go away.
28533 Effects on other kinds of output devices will vary.  You don't need
28534 to use @kbd{g c} if you don't want to---if you give another @kbd{g f}
28535 or @kbd{g p} command later on, it will reuse the existing graphics
28536 window if there is one.
28538 @node Three Dimensional Graphics, Managing Curves, Basic Graphics, Graphics
28539 @section Three-Dimensional Graphics
28541 @kindex g F
28542 @pindex calc-graph-fast-3d
28543 The @kbd{g F} (@code{calc-graph-fast-3d}) command makes a three-dimensional
28544 graph.  It works only if you have GNUPLOT 3.0 or later; with GNUPLOT 2.0,
28545 you will see a GNUPLOT error message if you try this command.
28547 The @kbd{g F} command takes three values from the stack, called ``x'',
28548 ``y'', and ``z'', respectively.  As was the case for 2D graphs, there
28549 are several options for these values.
28551 In the first case, ``x'' and ``y'' are each vectors (not necessarily of
28552 the same length); either or both may instead be interval forms.  The
28553 ``z'' value must be a matrix with the same number of rows as elements
28554 in ``x'', and the same number of columns as elements in ``y''.  The
28555 result is a surface plot where 
28556 @texline @math{z_{ij}}
28557 @infoline @expr{z_ij} 
28558 is the height of the point
28559 at coordinate @expr{(x_i, y_j)} on the surface.  The 3D graph will
28560 be displayed from a certain default viewpoint; you can change this
28561 viewpoint by adding a @samp{set view} to the @samp{*Gnuplot Commands*}
28562 buffer as described later.  See the GNUPLOT documentation for a
28563 description of the @samp{set view} command.
28565 Each point in the matrix will be displayed as a dot in the graph,
28566 and these points will be connected by a grid of lines (@dfn{isolines}).
28568 In the second case, ``x'', ``y'', and ``z'' are all vectors of equal
28569 length.  The resulting graph displays a 3D line instead of a surface,
28570 where the coordinates of points along the line are successive triplets
28571 of values from the input vectors.
28573 In the third case, ``x'' and ``y'' are vectors or interval forms, and
28574 ``z'' is any formula involving two variables (not counting variables
28575 with assigned values).  These variables are sorted into alphabetical
28576 order; the first takes on values from ``x'' and the second takes on
28577 values from ``y'' to form a matrix of results that are graphed as a
28578 3D surface.
28580 @ignore
28581 @starindex
28582 @end ignore
28583 @tindex xyz
28584 If the ``z'' formula evaluates to a call to the fictitious function
28585 @samp{xyz(@var{x}, @var{y}, @var{z})}, then the result is a
28586 ``parametric surface.''  In this case, the axes of the graph are
28587 taken from the @var{x} and @var{y} values in these calls, and the
28588 ``x'' and ``y'' values from the input vectors or intervals are used only
28589 to specify the range of inputs to the formula.  For example, plotting
28590 @samp{[0..360], [0..180], xyz(sin(x)*sin(y), cos(x)*sin(y), cos(y))}
28591 will draw a sphere.  (Since the default resolution for 3D plots is
28592 5 steps in each of ``x'' and ``y'', this will draw a very crude
28593 sphere.  You could use the @kbd{g N} command, described below, to
28594 increase this resolution, or specify the ``x'' and ``y'' values as
28595 vectors with more than 5 elements.
28597 It is also possible to have a function in a regular @kbd{g f} plot
28598 evaluate to an @code{xyz} call.  Since @kbd{g f} plots a line, not
28599 a surface, the result will be a 3D parametric line.  For example,
28600 @samp{[[0..720], xyz(sin(x), cos(x), x)]} will plot two turns of a
28601 helix (a three-dimensional spiral).
28603 As for @kbd{g f}, each of ``x'', ``y'', and ``z'' may instead be
28604 variables containing the relevant data.
28606 @node Managing Curves, Graphics Options, Three Dimensional Graphics, Graphics
28607 @section Managing Curves
28609 @noindent
28610 The @kbd{g f} command is really shorthand for the following commands:
28611 @kbd{C-u g d  g a  g p}.  Likewise, @w{@kbd{g F}} is shorthand for
28612 @kbd{C-u g d  g A  g p}.  You can gain more control over your graph
28613 by using these commands directly.
28615 @kindex g a
28616 @pindex calc-graph-add
28617 The @kbd{g a} (@code{calc-graph-add}) command adds the ``curve''
28618 represented by the two values on the top of the stack to the current
28619 graph.  You can have any number of curves in the same graph.  When
28620 you give the @kbd{g p} command, all the curves will be drawn superimposed
28621 on the same axes.
28623 The @kbd{g a} command (and many others that affect the current graph)
28624 will cause a special buffer, @samp{*Gnuplot Commands*}, to be displayed
28625 in another window.  This buffer is a template of the commands that will
28626 be sent to GNUPLOT when it is time to draw the graph.  The first
28627 @kbd{g a} command adds a @code{plot} command to this buffer.  Succeeding
28628 @kbd{g a} commands add extra curves onto that @code{plot} command.
28629 Other graph-related commands put other GNUPLOT commands into this
28630 buffer.  In normal usage you never need to work with this buffer
28631 directly, but you can if you wish.  The only constraint is that there
28632 must be only one @code{plot} command, and it must be the last command
28633 in the buffer.  If you want to save and later restore a complete graph
28634 configuration, you can use regular Emacs commands to save and restore
28635 the contents of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28637 @vindex PlotData1
28638 @vindex PlotData2
28639 If the values on the stack are not variable names, @kbd{g a} will invent
28640 variable names for them (of the form @samp{PlotData@var{n}}) and store
28641 the values in those variables.  The ``x'' and ``y'' variables are what
28642 go into the @code{plot} command in the template.  If you add a curve
28643 that uses a certain variable and then later change that variable, you
28644 can replot the graph without having to delete and re-add the curve.
28645 That's because the variable name, not the vector, interval or formula
28646 itself, is what was added by @kbd{g a}.
28648 A numeric prefix argument on @kbd{g a} or @kbd{g f} changes the way
28649 stack entries are interpreted as curves.  With a positive prefix
28650 argument @expr{n}, the top @expr{n} stack entries are ``y'' values
28651 for @expr{n} different curves which share a common ``x'' value in
28652 the @expr{n+1}st stack entry.  (Thus @kbd{g a} with no prefix
28653 argument is equivalent to @kbd{C-u 1 g a}.)
28655 A prefix of zero or plain @kbd{C-u} means to take two stack entries,
28656 ``x'' and ``y'' as usual, but to interpret ``y'' as a vector of
28657 ``y'' values for several curves that share a common ``x''.
28659 A negative prefix argument tells Calc to read @expr{n} vectors from
28660 the stack; each vector @expr{[x, y]} describes an independent curve.
28661 This is the only form of @kbd{g a} that creates several curves at once
28662 that don't have common ``x'' values.  (Of course, the range of ``x''
28663 values covered by all the curves ought to be roughly the same if
28664 they are to look nice on the same graph.)
28666 For example, to plot 
28667 @texline @math{\sin n x}
28668 @infoline @expr{sin(n x)} 
28669 for integers @expr{n}
28670 from 1 to 5, you could use @kbd{v x} to create a vector of integers
28671 (@expr{n}), then @kbd{V M '} or @kbd{V M $} to map @samp{sin(n x)}
28672 across this vector.  The resulting vector of formulas is suitable
28673 for use as the ``y'' argument to a @kbd{C-u g a} or @kbd{C-u g f}
28674 command.
28676 @kindex g A
28677 @pindex calc-graph-add-3d
28678 The @kbd{g A} (@code{calc-graph-add-3d}) command adds a 3D curve
28679 to the graph.  It is not valid to intermix 2D and 3D curves in a
28680 single graph.  This command takes three arguments, ``x'', ``y'',
28681 and ``z'', from the stack.  With a positive prefix @expr{n}, it
28682 takes @expr{n+2} arguments (common ``x'' and ``y'', plus @expr{n}
28683 separate ``z''s).  With a zero prefix, it takes three stack entries
28684 but the ``z'' entry is a vector of curve values.  With a negative
28685 prefix @expr{-n}, it takes @expr{n} vectors of the form @expr{[x, y, z]}.
28686 The @kbd{g A} command works by adding a @code{splot} (surface-plot)
28687 command to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
28689 (Although @kbd{g a} adds a 2D @code{plot} command to the
28690 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer, Calc changes this to @code{splot}
28691 before sending it to GNUPLOT if it notices that the data points are
28692 evaluating to @code{xyz} calls.  It will not work to mix 2D and 3D
28693 @kbd{g a} curves in a single graph, although Calc does not currently
28694 check for this.)
28696 @kindex g d
28697 @pindex calc-graph-delete
28698 The @kbd{g d} (@code{calc-graph-delete}) command deletes the most
28699 recently added curve from the graph.  It has no effect if there are
28700 no curves in the graph.  With a numeric prefix argument of any kind,
28701 it deletes all of the curves from the graph.
28703 @kindex g H
28704 @pindex calc-graph-hide
28705 The @kbd{g H} (@code{calc-graph-hide}) command ``hides'' or ``unhides''
28706 the most recently added curve.  A hidden curve will not appear in
28707 the actual plot, but information about it such as its name and line and
28708 point styles will be retained.
28710 @kindex g j
28711 @pindex calc-graph-juggle
28712 The @kbd{g j} (@code{calc-graph-juggle}) command moves the curve
28713 at the end of the list (the ``most recently added curve'') to the
28714 front of the list.  The next-most-recent curve is thus exposed for
28715 @w{@kbd{g d}} or similar commands to use.  With @kbd{g j} you can work
28716 with any curve in the graph even though curve-related commands only
28717 affect the last curve in the list.
28719 @kindex g p
28720 @pindex calc-graph-plot
28721 The @kbd{g p} (@code{calc-graph-plot}) command uses GNUPLOT to draw
28722 the graph described in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Any
28723 GNUPLOT parameters which are not defined by commands in this buffer
28724 are reset to their default values.  The variables named in the @code{plot}
28725 command are written to a temporary data file and the variable names
28726 are then replaced by the file name in the template.  The resulting
28727 plotting commands are fed to the GNUPLOT program.  See the documentation
28728 for the GNUPLOT program for more specific information.  All temporary
28729 files are removed when Emacs or GNUPLOT exits.
28731 If you give a formula for ``y'', Calc will remember all the values that
28732 it calculates for the formula so that later plots can reuse these values.
28733 Calc throws out these saved values when you change any circumstances
28734 that may affect the data, such as switching from Degrees to Radians
28735 mode, or changing the value of a parameter in the formula.  You can
28736 force Calc to recompute the data from scratch by giving a negative
28737 numeric prefix argument to @kbd{g p}.
28739 Calc uses a fairly rough step size when graphing formulas over intervals.
28740 This is to ensure quick response.  You can ``refine'' a plot by giving
28741 a positive numeric prefix argument to @kbd{g p}.  Calc goes through
28742 the data points it has computed and saved from previous plots of the
28743 function, and computes and inserts a new data point midway between
28744 each of the existing points.  You can refine a plot any number of times,
28745 but beware that the amount of calculation involved doubles each time.
28747 Calc does not remember computed values for 3D graphs.  This means the
28748 numerix prefix argument, if any, to @kbd{g p} is effectively ignored if
28749 the current graph is three-dimensional.
28751 @kindex g P
28752 @pindex calc-graph-print
28753 The @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}) command is like @kbd{g p},
28754 except that it sends the output to a printer instead of to the
28755 screen.  More precisely, @kbd{g p} looks for @samp{set terminal}
28756 or @samp{set output} commands in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer;
28757 lacking these it uses the default settings.  However, @kbd{g P}
28758 ignores @samp{set terminal} and @samp{set output} commands and
28759 uses a different set of default values.  All of these values are
28760 controlled by the @kbd{g D} and @kbd{g O} commands discussed below.
28761 Provided everything is set up properly, @kbd{g p} will plot to
28762 the screen unless you have specified otherwise and @kbd{g P} will
28763 always plot to the printer.
28765 @node Graphics Options, Devices, Managing Curves, Graphics
28766 @section Graphics Options
28768 @noindent
28769 @kindex g g
28770 @pindex calc-graph-grid
28771 The @kbd{g g} (@code{calc-graph-grid}) command turns the ``grid''
28772 on and off.  It is off by default; tick marks appear only at the
28773 edges of the graph.  With the grid turned on, dotted lines appear
28774 across the graph at each tick mark.  Note that this command only
28775 changes the setting in @samp{*Gnuplot Commands*}; to see the effects
28776 of the change you must give another @kbd{g p} command.
28778 @kindex g b
28779 @pindex calc-graph-border
28780 The @kbd{g b} (@code{calc-graph-border}) command turns the border
28781 (the box that surrounds the graph) on and off.  It is on by default.
28782 This command will only work with GNUPLOT 3.0 and later versions.
28784 @kindex g k
28785 @pindex calc-graph-key
28786 The @kbd{g k} (@code{calc-graph-key}) command turns the ``key''
28787 on and off.  The key is a chart in the corner of the graph that
28788 shows the correspondence between curves and line styles.  It is
28789 off by default, and is only really useful if you have several
28790 curves on the same graph.
28792 @kindex g N
28793 @pindex calc-graph-num-points
28794 The @kbd{g N} (@code{calc-graph-num-points}) command allows you
28795 to select the number of data points in the graph.  This only affects
28796 curves where neither ``x'' nor ``y'' is specified as a vector.
28797 Enter a blank line to revert to the default value (initially 15).
28798 With no prefix argument, this command affects only the current graph.
28799 With a positive prefix argument this command changes or, if you enter
28800 a blank line, displays the default number of points used for all
28801 graphs created by @kbd{g a} that don't specify the resolution explicitly.
28802 With a negative prefix argument, this command changes or displays
28803 the default value (initially 5) used for 3D graphs created by @kbd{g A}.
28804 Note that a 3D setting of 5 means that a total of @expr{5^2 = 25} points
28805 will be computed for the surface.
28807 Data values in the graph of a function are normally computed to a
28808 precision of five digits, regardless of the current precision at the
28809 time. This is usually more than adequate, but there are cases where
28810 it will not be.  For example, plotting @expr{1 + x} with @expr{x} in the
28811 interval @samp{[0 ..@: 1e-6]} will round all the data points down
28812 to 1.0!  Putting the command @samp{set precision @var{n}} in the
28813 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer will cause the data to be computed
28814 at precision @var{n} instead of 5.  Since this is such a rare case,
28815 there is no keystroke-based command to set the precision.
28817 @kindex g h
28818 @pindex calc-graph-header
28819 The @kbd{g h} (@code{calc-graph-header}) command sets the title
28820 for the graph.  This will show up centered above the graph.
28821 The default title is blank (no title).
28823 @kindex g n
28824 @pindex calc-graph-name
28825 The @kbd{g n} (@code{calc-graph-name}) command sets the title of an
28826 individual curve.  Like the other curve-manipulating commands, it
28827 affects the most recently added curve, i.e., the last curve on the
28828 list in the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  To set the title of
28829 the other curves you must first juggle them to the end of the list
28830 with @kbd{g j}, or edit the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer by hand.
28831 Curve titles appear in the key; if the key is turned off they are
28832 not used.
28834 @kindex g t
28835 @kindex g T
28836 @pindex calc-graph-title-x
28837 @pindex calc-graph-title-y
28838 The @kbd{g t} (@code{calc-graph-title-x}) and @kbd{g T}
28839 (@code{calc-graph-title-y}) commands set the titles on the ``x''
28840 and ``y'' axes, respectively.  These titles appear next to the
28841 tick marks on the left and bottom edges of the graph, respectively.
28842 Calc does not have commands to control the tick marks themselves,
28843 but you can edit them into the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer if
28844 you wish.  See the GNUPLOT documentation for details.
28846 @kindex g r
28847 @kindex g R
28848 @pindex calc-graph-range-x
28849 @pindex calc-graph-range-y
28850 The @kbd{g r} (@code{calc-graph-range-x}) and @kbd{g R}
28851 (@code{calc-graph-range-y}) commands set the range of values on the
28852 ``x'' and ``y'' axes, respectively.  You are prompted to enter a
28853 suitable range.  This should be either a pair of numbers of the
28854 form, @samp{@var{min}:@var{max}}, or a blank line to revert to the
28855 default behavior of setting the range based on the range of values
28856 in the data, or @samp{$} to take the range from the top of the stack.
28857 Ranges on the stack can be represented as either interval forms or
28858 vectors:  @samp{[@var{min} ..@: @var{max}]} or @samp{[@var{min}, @var{max}]}.
28860 @kindex g l
28861 @kindex g L
28862 @pindex calc-graph-log-x
28863 @pindex calc-graph-log-y
28864 The @kbd{g l} (@code{calc-graph-log-x}) and @kbd{g L} (@code{calc-graph-log-y})
28865 commands allow you to set either or both of the axes of the graph to
28866 be logarithmic instead of linear.
28868 @kindex g C-l
28869 @kindex g C-r
28870 @kindex g C-t
28871 @pindex calc-graph-log-z
28872 @pindex calc-graph-range-z
28873 @pindex calc-graph-title-z
28874 For 3D plots, @kbd{g C-t}, @kbd{g C-r}, and @kbd{g C-l} (those are
28875 letters with the Control key held down) are the corresponding commands
28876 for the ``z'' axis.
28878 @kindex g z
28879 @kindex g Z
28880 @pindex calc-graph-zero-x
28881 @pindex calc-graph-zero-y
28882 The @kbd{g z} (@code{calc-graph-zero-x}) and @kbd{g Z}
28883 (@code{calc-graph-zero-y}) commands control whether a dotted line is
28884 drawn to indicate the ``x'' and/or ``y'' zero axes.  (These are the same
28885 dotted lines that would be drawn there anyway if you used @kbd{g g} to
28886 turn the ``grid'' feature on.)  Zero-axis lines are on by default, and
28887 may be turned off only in GNUPLOT 3.0 and later versions.  They are
28888 not available for 3D plots.
28890 @kindex g s
28891 @pindex calc-graph-line-style
28892 The @kbd{g s} (@code{calc-graph-line-style}) command turns the connecting
28893 lines on or off for the most recently added curve, and optionally selects
28894 the style of lines to be used for that curve.  Plain @kbd{g s} simply
28895 toggles the lines on and off.  With a numeric prefix argument, @kbd{g s}
28896 turns lines on and sets a particular line style.  Line style numbers
28897 start at one and their meanings vary depending on the output device.
28898 GNUPLOT guarantees that there will be at least six different line styles
28899 available for any device.
28901 @kindex g S
28902 @pindex calc-graph-point-style
28903 The @kbd{g S} (@code{calc-graph-point-style}) command similarly turns
28904 the symbols at the data points on or off, or sets the point style.
28905 If you turn both lines and points off, the data points will show as
28906 tiny dots.  If the ``y'' values being plotted contain error forms and 
28907 the connecting lines are turned off, then this command will also turn 
28908 the error bars on or off.
28910 @cindex @code{LineStyles} variable
28911 @cindex @code{PointStyles} variable
28912 @vindex LineStyles
28913 @vindex PointStyles
28914 Another way to specify curve styles is with the @code{LineStyles} and
28915 @code{PointStyles} variables.  These variables initially have no stored
28916 values, but if you store a vector of integers in one of these variables,
28917 the @kbd{g a} and @kbd{g f} commands will use those style numbers
28918 instead of the defaults for new curves that are added to the graph.
28919 An entry should be a positive integer for a specific style, or 0 to let
28920 the style be chosen automatically, or @mathit{-1} to turn off lines or points
28921 altogether.  If there are more curves than elements in the vector, the
28922 last few curves will continue to have the default styles.  Of course,
28923 you can later use @kbd{g s} and @kbd{g S} to change any of these styles.
28925 For example, @kbd{'[2 -1 3] @key{RET} s t LineStyles} causes the first curve
28926 to have lines in style number 2, the second curve to have no connecting
28927 lines, and the third curve to have lines in style 3.  Point styles will
28928 still be assigned automatically, but you could store another vector in
28929 @code{PointStyles} to define them, too.
28931 @node Devices,  , Graphics Options, Graphics
28932 @section Graphical Devices
28934 @noindent
28935 @kindex g D
28936 @pindex calc-graph-device
28937 The @kbd{g D} (@code{calc-graph-device}) command sets the device name
28938 (or ``terminal name'' in GNUPLOT lingo) to be used by @kbd{g p} commands
28939 on this graph.  It does not affect the permanent default device name.
28940 If you enter a blank name, the device name reverts to the default.
28941 Enter @samp{?} to see a list of supported devices.
28943 With a positive numeric prefix argument, @kbd{g D} instead sets
28944 the default device name, used by all plots in the future which do
28945 not override it with a plain @kbd{g D} command.  If you enter a
28946 blank line this command shows you the current default.  The special
28947 name @code{default} signifies that Calc should choose @code{x11} if
28948 the X window system is in use (as indicated by the presence of a
28949 @code{DISPLAY} environment variable), or otherwise @code{dumb} under
28950 GNUPLOT 3.0 and later, or @code{postscript} under GNUPLOT 2.0.
28951 This is the initial default value.
28953 The @code{dumb} device is an interface to ``dumb terminals,'' i.e.,
28954 terminals with no special graphics facilities.  It writes a crude
28955 picture of the graph composed of characters like @code{-} and @code{|}
28956 to a buffer called @samp{*Gnuplot Trail*}, which Calc then displays.
28957 The graph is made the same size as the Emacs screen, which on most
28958 dumb terminals will be 
28959 @texline @math{80\times24}
28960 @infoline 80x24
28961 characters.  The graph is displayed in
28962 an Emacs ``recursive edit''; type @kbd{q} or @kbd{C-c C-c} to exit
28963 the recursive edit and return to Calc.  Note that the @code{dumb}
28964 device is present only in GNUPLOT 3.0 and later versions.
28966 The word @code{dumb} may be followed by two numbers separated by
28967 spaces.  These are the desired width and height of the graph in
28968 characters.  Also, the device name @code{big} is like @code{dumb}
28969 but creates a graph four times the width and height of the Emacs
28970 screen.  You will then have to scroll around to view the entire
28971 graph.  In the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer, @key{SPC}, @key{DEL},
28972 @kbd{<}, and @kbd{>} are defined to scroll by one screenful in each
28973 of the four directions.
28975 With a negative numeric prefix argument, @kbd{g D} sets or displays
28976 the device name used by @kbd{g P} (@code{calc-graph-print}).  This
28977 is initially @code{postscript}.  If you don't have a PostScript
28978 printer, you may decide once again to use @code{dumb} to create a
28979 plot on any text-only printer.
28981 @kindex g O
28982 @pindex calc-graph-output
28983 The @kbd{g O} (@code{calc-graph-output}) command sets the name of
28984 the output file used by GNUPLOT.  For some devices, notably @code{x11},
28985 there is no output file and this information is not used.  Many other
28986 ``devices'' are really file formats like @code{postscript}; in these
28987 cases the output in the desired format goes into the file you name
28988 with @kbd{g O}.  Type @kbd{g O stdout @key{RET}} to set GNUPLOT to write
28989 to its standard output stream, i.e., to @samp{*Gnuplot Trail*}.
28990 This is the default setting.
28992 Another special output name is @code{tty}, which means that GNUPLOT
28993 is going to write graphics commands directly to its standard output,
28994 which you wish Emacs to pass through to your terminal.  Tektronix
28995 graphics terminals, among other devices, operate this way.  Calc does
28996 this by telling GNUPLOT to write to a temporary file, then running a
28997 sub-shell executing the command @samp{cat tempfile >/dev/tty}.  On
28998 typical Unix systems, this will copy the temporary file directly to
28999 the terminal, bypassing Emacs entirely.  You will have to type @kbd{C-l}
29000 to Emacs afterwards to refresh the screen.
29002 Once again, @kbd{g O} with a positive or negative prefix argument
29003 sets the default or printer output file names, respectively.  In each
29004 case you can specify @code{auto}, which causes Calc to invent a temporary
29005 file name for each @kbd{g p} (or @kbd{g P}) command.  This temporary file
29006 will be deleted once it has been displayed or printed.  If the output file
29007 name is not @code{auto}, the file is not automatically deleted.
29009 The default and printer devices and output files can be saved
29010 permanently by the @kbd{m m} (@code{calc-save-modes}) command.  The
29011 default number of data points (see @kbd{g N}) and the X geometry
29012 (see @kbd{g X}) are also saved.  Other graph information is @emph{not}
29013 saved; you can save a graph's configuration simply by saving the contents
29014 of the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.
29016 @vindex calc-gnuplot-plot-command
29017 @vindex calc-gnuplot-default-device
29018 @vindex calc-gnuplot-default-output
29019 @vindex calc-gnuplot-print-command
29020 @vindex calc-gnuplot-print-device
29021 @vindex calc-gnuplot-print-output
29022 You may wish to configure the default and
29023 printer devices and output files for the whole system.  The relevant
29024 Lisp variables are @code{calc-gnuplot-default-device} and @code{-output},
29025 and @code{calc-gnuplot-print-device} and @code{-output}.  The output
29026 file names must be either strings as described above, or Lisp
29027 expressions which are evaluated on the fly to get the output file names.
29029 Other important Lisp variables are @code{calc-gnuplot-plot-command} and
29030 @code{calc-gnuplot-print-command}, which give the system commands to
29031 display or print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
29032 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
29033 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
29034 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
29035 to display or print the output.  These variables are customizable
29036 (@pxref{Customizing Calc}).
29038 @kindex g x
29039 @pindex calc-graph-display
29040 The @kbd{g x} (@code{calc-graph-display}) command lets you specify
29041 on which X window system display your graphs should be drawn.  Enter
29042 a blank line to see the current display name.  This command has no
29043 effect unless the current device is @code{x11}.
29045 @kindex g X
29046 @pindex calc-graph-geometry
29047 The @kbd{g X} (@code{calc-graph-geometry}) command is a similar
29048 command for specifying the position and size of the X window.
29049 The normal value is @code{default}, which generally means your
29050 window manager will let you place the window interactively.
29051 Entering @samp{800x500+0+0} would create an 800-by-500 pixel
29052 window in the upper-left corner of the screen.
29054 The buffer called @samp{*Gnuplot Trail*} holds a transcript of the
29055 session with GNUPLOT.  This shows the commands Calc has ``typed'' to
29056 GNUPLOT and the responses it has received.  Calc tries to notice when an
29057 error message has appeared here and display the buffer for you when
29058 this happens.  You can check this buffer yourself if you suspect
29059 something has gone wrong.
29061 @kindex g C
29062 @pindex calc-graph-command
29063 The @kbd{g C} (@code{calc-graph-command}) command prompts you to
29064 enter any line of text, then simply sends that line to the current
29065 GNUPLOT process.  The @samp{*Gnuplot Trail*} buffer looks deceptively
29066 like a Shell buffer but you can't type commands in it yourself.
29067 Instead, you must use @kbd{g C} for this purpose.
29069 @kindex g v
29070 @kindex g V
29071 @pindex calc-graph-view-commands
29072 @pindex calc-graph-view-trail
29073 The @kbd{g v} (@code{calc-graph-view-commands}) and @kbd{g V}
29074 (@code{calc-graph-view-trail}) commands display the @samp{*Gnuplot Commands*}
29075 and @samp{*Gnuplot Trail*} buffers, respectively, in another window.
29076 This happens automatically when Calc thinks there is something you
29077 will want to see in either of these buffers.  If you type @kbd{g v}
29078 or @kbd{g V} when the relevant buffer is already displayed, the
29079 buffer is hidden again.
29081 One reason to use @kbd{g v} is to add your own commands to the
29082 @samp{*Gnuplot Commands*} buffer.  Press @kbd{g v}, then use
29083 @kbd{C-x o} to switch into that window.  For example, GNUPLOT has
29084 @samp{set label} and @samp{set arrow} commands that allow you to
29085 annotate your plots.  Since Calc doesn't understand these commands,
29086 you have to add them to the @samp{*Gnuplot Commands*} buffer
29087 yourself, then use @w{@kbd{g p}} to replot using these new commands.  Note
29088 that your commands must appear @emph{before} the @code{plot} command.
29089 To get help on any GNUPLOT feature, type, e.g., @kbd{g C help set label}.
29090 You may have to type @kbd{g C @key{RET}} a few times to clear the
29091 ``press return for more'' or ``subtopic of @dots{}'' requests.
29092 Note that Calc always sends commands (like @samp{set nolabel}) to
29093 reset all plotting parameters to the defaults before each plot, so
29094 to delete a label all you need to do is delete the @samp{set label}
29095 line you added (or comment it out with @samp{#}) and then replot
29096 with @kbd{g p}.
29098 @kindex g q
29099 @pindex calc-graph-quit
29100 You can use @kbd{g q} (@code{calc-graph-quit}) to kill the GNUPLOT
29101 process that is running.  The next graphing command you give will
29102 start a fresh GNUPLOT process.  The word @samp{Graph} appears in
29103 the Calc window's mode line whenever a GNUPLOT process is currently
29104 running.  The GNUPLOT process is automatically killed when you
29105 exit Emacs if you haven't killed it manually by then.
29107 @kindex g K
29108 @pindex calc-graph-kill
29109 The @kbd{g K} (@code{calc-graph-kill}) command is like @kbd{g q}
29110 except that it also views the @samp{*Gnuplot Trail*} buffer so that
29111 you can see the process being killed.  This is better if you are
29112 killing GNUPLOT because you think it has gotten stuck.
29114 @node Kill and Yank, Keypad Mode, Graphics, Top
29115 @chapter Kill and Yank Functions
29117 @noindent
29118 The commands in this chapter move information between the Calculator and
29119 other Emacs editing buffers.
29121 In many cases Embedded mode is an easier and more natural way to
29122 work with Calc from a regular editing buffer.  @xref{Embedded Mode}.
29124 @menu
29125 * Killing From Stack::
29126 * Yanking Into Stack::
29127 * Grabbing From Buffers::
29128 * Yanking Into Buffers::
29129 * X Cut and Paste::
29130 @end menu
29132 @node Killing From Stack, Yanking Into Stack, Kill and Yank, Kill and Yank
29133 @section Killing from the Stack
29135 @noindent
29136 @kindex C-k
29137 @pindex calc-kill
29138 @kindex M-k
29139 @pindex calc-copy-as-kill
29140 @kindex C-w
29141 @pindex calc-kill-region
29142 @kindex M-w
29143 @pindex calc-copy-region-as-kill
29144 @cindex Kill ring
29145 @dfn{Kill} commands are Emacs commands that insert text into the
29146 ``kill ring,'' from which it can later be ``yanked'' by a @kbd{C-y}
29147 command.  Three common kill commands in normal Emacs are @kbd{C-k}, which
29148 kills one line, @kbd{C-w}, which kills the region between mark and point,
29149 and @kbd{M-w}, which puts the region into the kill ring without actually
29150 deleting it.  All of these commands work in the Calculator, too.  Also,
29151 @kbd{M-k} has been provided to complete the set; it puts the current line
29152 into the kill ring without deleting anything.
29154 The kill commands are unusual in that they pay attention to the location
29155 of the cursor in the Calculator buffer.  If the cursor is on or below the
29156 bottom line, the kill commands operate on the top of the stack.  Otherwise,
29157 they operate on whatever stack element the cursor is on.  Calc's kill
29158 commands always operate on whole stack entries.  (They act the same as their
29159 standard Emacs cousins except they ``round up'' the specified region to
29160 encompass full lines.)  The text is copied into the kill ring exactly as
29161 it appears on the screen, including line numbers if they are enabled.
29163 A numeric prefix argument to @kbd{C-k} or @kbd{M-k} affects the number
29164 of lines killed.  A positive argument kills the current line and @expr{n-1}
29165 lines below it.  A negative argument kills the @expr{-n} lines above the
29166 current line.  Again this mirrors the behavior of the standard Emacs
29167 @kbd{C-k} command.  Although a whole line is always deleted, @kbd{C-k}
29168 with no argument copies only the number itself into the kill ring, whereas
29169 @kbd{C-k} with a prefix argument of 1 copies the number with its trailing
29170 newline.
29172 @node Yanking Into Stack, Grabbing From Buffers, Killing From Stack, Kill and Yank
29173 @section Yanking into the Stack
29175 @noindent
29176 @kindex C-y
29177 @pindex calc-yank
29178 The @kbd{C-y} command yanks the most recently killed text back into the
29179 Calculator.  It pushes this value onto the top of the stack regardless of
29180 the cursor position.  In general it re-parses the killed text as a number
29181 or formula (or a list of these separated by commas or newlines).  However if
29182 the thing being yanked is something that was just killed from the Calculator
29183 itself, its full internal structure is yanked.  For example, if you have
29184 set the floating-point display mode to show only four significant digits,
29185 then killing and re-yanking 3.14159 (which displays as 3.142) will yank the
29186 full 3.14159, even though yanking it into any other buffer would yank the
29187 number in its displayed form, 3.142.  (Since the default display modes
29188 show all objects to their full precision, this feature normally makes no
29189 difference.)
29191 @node Grabbing From Buffers, Yanking Into Buffers, Yanking Into Stack, Kill and Yank
29192 @section Grabbing from Other Buffers
29194 @noindent
29195 @kindex C-x * g
29196 @pindex calc-grab-region
29197 The @kbd{C-x * g} (@code{calc-grab-region}) command takes the text between
29198 point and mark in the current buffer and attempts to parse it as a
29199 vector of values.  Basically, it wraps the text in vector brackets
29200 @samp{[ ]} unless the text already is enclosed in vector brackets,
29201 then reads the text as if it were an algebraic entry.  The contents
29202 of the vector may be numbers, formulas, or any other Calc objects.
29203 If the @kbd{C-x * g} command works successfully, it does an automatic
29204 @kbd{C-x * c} to enter the Calculator buffer.
29206 A numeric prefix argument grabs the specified number of lines around
29207 point, ignoring the mark.  A positive prefix grabs from point to the
29208 @expr{n}th following newline (so that @kbd{M-1 C-x * g} grabs from point
29209 to the end of the current line); a negative prefix grabs from point
29210 back to the @expr{n+1}st preceding newline.  In these cases the text
29211 that is grabbed is exactly the same as the text that @kbd{C-k} would
29212 delete given that prefix argument.
29214 A prefix of zero grabs the current line; point may be anywhere on the
29215 line.
29217 A plain @kbd{C-u} prefix interprets the region between point and mark
29218 as a single number or formula rather than a vector.  For example,
29219 @kbd{C-x * g} on the text @samp{2 a b} produces the vector of three
29220 values @samp{[2, a, b]}, but @kbd{C-u C-x * g} on the same region
29221 reads a formula which is a product of three things:  @samp{2 a b}.
29222 (The text @samp{a + b}, on the other hand, will be grabbed as a
29223 vector of one element by plain @kbd{C-x * g} because the interpretation
29224 @samp{[a, +, b]} would be a syntax error.)
29226 If a different language has been specified (@pxref{Language Modes}),
29227 the grabbed text will be interpreted according to that language.
29229 @kindex C-x * r
29230 @pindex calc-grab-rectangle
29231 The @kbd{C-x * r} (@code{calc-grab-rectangle}) command takes the text between
29232 point and mark and attempts to parse it as a matrix.  If point and mark
29233 are both in the leftmost column, the lines in between are parsed in their
29234 entirety.  Otherwise, point and mark define the corners of a rectangle
29235 whose contents are parsed.
29237 Each line of the grabbed area becomes a row of the matrix.  The result
29238 will actually be a vector of vectors, which Calc will treat as a matrix
29239 only if every row contains the same number of values.
29241 If a line contains a portion surrounded by square brackets (or curly
29242 braces), that portion is interpreted as a vector which becomes a row
29243 of the matrix.  Any text surrounding the bracketed portion on the line
29244 is ignored.
29246 Otherwise, the entire line is interpreted as a row vector as if it
29247 were surrounded by square brackets.  Leading line numbers (in the
29248 format used in the Calc stack buffer) are ignored.  If you wish to
29249 force this interpretation (even if the line contains bracketed
29250 portions), give a negative numeric prefix argument to the
29251 @kbd{C-x * r} command.
29253 If you give a numeric prefix argument of zero or plain @kbd{C-u}, each
29254 line is instead interpreted as a single formula which is converted into
29255 a one-element vector.  Thus the result of @kbd{C-u C-x * r} will be a
29256 one-column matrix.  For example, suppose one line of the data is the
29257 expression @samp{2 a}.  A plain @w{@kbd{C-x * r}} will interpret this as
29258 @samp{[2 a]}, which in turn is read as a two-element vector that forms
29259 one row of the matrix.  But a @kbd{C-u C-x * r} will interpret this row
29260 as @samp{[2*a]}.
29262 If you give a positive numeric prefix argument @var{n}, then each line
29263 will be split up into columns of width @var{n}; each column is parsed
29264 separately as a matrix element.  If a line contained
29265 @w{@samp{2 +/- 3 4 +/- 5}}, then grabbing with a prefix argument of 8
29266 would correctly split the line into two error forms.
29268 @xref{Matrix Functions}, to see how to pull the matrix apart into its
29269 constituent rows and columns.  (If it is a 
29270 @texline @math{1\times1}
29271 @infoline 1x1
29272 matrix, just hit @kbd{v u} (@code{calc-unpack}) twice.)
29274 @kindex C-x * :
29275 @kindex C-x * _
29276 @pindex calc-grab-sum-across
29277 @pindex calc-grab-sum-down
29278 @cindex Summing rows and columns of data
29279 The @kbd{C-x * :} (@code{calc-grab-sum-down}) command is a handy way to
29280 grab a rectangle of data and sum its columns.  It is equivalent to
29281 typing @kbd{C-x * r}, followed by @kbd{V R : +} (the vector reduction
29282 command that sums the columns of a matrix; @pxref{Reducing}).  The
29283 result of the command will be a vector of numbers, one for each column
29284 in the input data.  The @kbd{C-x * _} (@code{calc-grab-sum-across}) command
29285 similarly grabs a rectangle and sums its rows by executing @w{@kbd{V R _ +}}.
29287 As well as being more convenient, @kbd{C-x * :} and @kbd{C-x * _} are also
29288 much faster because they don't actually place the grabbed vector on
29289 the stack.  In a @kbd{C-x * r V R : +} sequence, formatting the vector
29290 for display on the stack takes a large fraction of the total time
29291 (unless you have planned ahead and used @kbd{v .} and @kbd{t .} modes).
29293 For example, suppose we have a column of numbers in a file which we
29294 wish to sum.  Go to one corner of the column and press @kbd{C-@@} to
29295 set the mark; go to the other corner and type @kbd{C-x * :}.  Since there
29296 is only one column, the result will be a vector of one number, the sum.
29297 (You can type @kbd{v u} to unpack this vector into a plain number if
29298 you want to do further arithmetic with it.)
29300 To compute the product of the column of numbers, we would have to do
29301 it ``by hand'' since there's no special grab-and-multiply command.
29302 Use @kbd{C-x * r} to grab the column of numbers into the calculator in
29303 the form of a column matrix.  The statistics command @kbd{u *} is a
29304 handy way to find the product of a vector or matrix of numbers.
29305 @xref{Statistical Operations}.  Another approach would be to use
29306 an explicit column reduction command, @kbd{V R : *}.
29308 @node Yanking Into Buffers, X Cut and Paste, Grabbing From Buffers, Kill and Yank
29309 @section Yanking into Other Buffers
29311 @noindent
29312 @kindex y
29313 @pindex calc-copy-to-buffer
29314 The plain @kbd{y} (@code{calc-copy-to-buffer}) command inserts the number
29315 at the top of the stack into the most recently used normal editing buffer.
29316 (More specifically, this is the most recently used buffer which is displayed
29317 in a window and whose name does not begin with @samp{*}.  If there is no
29318 such buffer, this is the most recently used buffer except for Calculator
29319 and Calc Trail buffers.)  The number is inserted exactly as it appears and
29320 without a newline.  (If line-numbering is enabled, the line number is
29321 normally not included.)  The number is @emph{not} removed from the stack.
29323 With a prefix argument, @kbd{y} inserts several numbers, one per line.
29324 A positive argument inserts the specified number of values from the top
29325 of the stack.  A negative argument inserts the @expr{n}th value from the
29326 top of the stack.  An argument of zero inserts the entire stack.  Note
29327 that @kbd{y} with an argument of 1 is slightly different from @kbd{y}
29328 with no argument; the former always copies full lines, whereas the
29329 latter strips off the trailing newline.
29331 With a lone @kbd{C-u} as a prefix argument, @kbd{y} @emph{replaces} the
29332 region in the other buffer with the yanked text, then quits the
29333 Calculator, leaving you in that buffer.  A typical use would be to use
29334 @kbd{C-x * g} to read a region of data into the Calculator, operate on the
29335 data to produce a new matrix, then type @kbd{C-u y} to replace the
29336 original data with the new data.  One might wish to alter the matrix
29337 display style (@pxref{Vector and Matrix Formats}) or change the current
29338 display language (@pxref{Language Modes}) before doing this.  Also, note
29339 that this command replaces a linear region of text (as grabbed by
29340 @kbd{C-x * g}), not a rectangle (as grabbed by @kbd{C-x * r}).
29342 If the editing buffer is in overwrite (as opposed to insert) mode,
29343 and the @kbd{C-u} prefix was not used, then the yanked number will
29344 overwrite the characters following point rather than being inserted
29345 before those characters.  The usual conventions of overwrite mode
29346 are observed; for example, characters will be inserted at the end of
29347 a line rather than overflowing onto the next line.  Yanking a multi-line
29348 object such as a matrix in overwrite mode overwrites the next @var{n}
29349 lines in the buffer, lengthening or shortening each line as necessary.
29350 Finally, if the thing being yanked is a simple integer or floating-point
29351 number (like @samp{-1.2345e-3}) and the characters following point also
29352 make up such a number, then Calc will replace that number with the new
29353 number, lengthening or shortening as necessary.  The concept of
29354 ``overwrite mode'' has thus been generalized from overwriting characters
29355 to overwriting one complete number with another.
29357 @kindex C-x * y
29358 The @kbd{C-x * y} key sequence is equivalent to @kbd{y} except that
29359 it can be typed anywhere, not just in Calc.  This provides an easy
29360 way to guarantee that Calc knows which editing buffer you want to use!
29362 @node X Cut and Paste,  , Yanking Into Buffers, Kill and Yank
29363 @section X Cut and Paste
29365 @noindent
29366 If you are using Emacs with the X window system, there is an easier
29367 way to move small amounts of data into and out of the calculator:
29368 Use the mouse-oriented cut and paste facilities of X.
29370 The default bindings for a three-button mouse cause the left button
29371 to move the Emacs cursor to the given place, the right button to
29372 select the text between the cursor and the clicked location, and
29373 the middle button to yank the selection into the buffer at the
29374 clicked location.  So, if you have a Calc window and an editing
29375 window on your Emacs screen, you can use left-click/right-click
29376 to select a number, vector, or formula from one window, then
29377 middle-click to paste that value into the other window.  When you
29378 paste text into the Calc window, Calc interprets it as an algebraic
29379 entry.  It doesn't matter where you click in the Calc window; the
29380 new value is always pushed onto the top of the stack.
29382 The @code{xterm} program that is typically used for general-purpose
29383 shell windows in X interprets the mouse buttons in the same way.
29384 So you can use the mouse to move data between Calc and any other
29385 Unix program.  One nice feature of @code{xterm} is that a double
29386 left-click selects one word, and a triple left-click selects a
29387 whole line.  So you can usually transfer a single number into Calc
29388 just by double-clicking on it in the shell, then middle-clicking
29389 in the Calc window.
29391 @node Keypad Mode, Embedded Mode, Kill and Yank, Top
29392 @chapter Keypad Mode
29394 @noindent
29395 @kindex C-x * k
29396 @pindex calc-keypad
29397 The @kbd{C-x * k} (@code{calc-keypad}) command starts the Calculator
29398 and displays a picture of a calculator-style keypad.  If you are using
29399 the X window system, you can click on any of the ``keys'' in the
29400 keypad using the left mouse button to operate the calculator.
29401 The original window remains the selected window; in Keypad mode
29402 you can type in your file while simultaneously performing
29403 calculations with the mouse.
29405 @pindex full-calc-keypad
29406 If you have used @kbd{C-x * b} first, @kbd{C-x * k} instead invokes
29407 the @code{full-calc-keypad} command, which takes over the whole
29408 Emacs screen and displays the keypad, the Calc stack, and the Calc
29409 trail all at once.  This mode would normally be used when running
29410 Calc standalone (@pxref{Standalone Operation}).
29412 If you aren't using the X window system, you must switch into
29413 the @samp{*Calc Keypad*} window, place the cursor on the desired
29414 ``key,'' and type @key{SPC} or @key{RET}.  If you think this
29415 is easier than using Calc normally, go right ahead.
29417 Calc commands are more or less the same in Keypad mode.  Certain
29418 keypad keys differ slightly from the corresponding normal Calc
29419 keystrokes; all such deviations are described below.
29421 Keypad mode includes many more commands than will fit on the keypad
29422 at once.  Click the right mouse button [@code{calc-keypad-menu}]
29423 to switch to the next menu.  The bottom five rows of the keypad
29424 stay the same; the top three rows change to a new set of commands.
29425 To return to earlier menus, click the middle mouse button
29426 [@code{calc-keypad-menu-back}] or simply advance through the menus
29427 until you wrap around.  Typing @key{TAB} inside the keypad window
29428 is equivalent to clicking the right mouse button there.
29430 You can always click the @key{EXEC} button and type any normal
29431 Calc key sequence.  This is equivalent to switching into the
29432 Calc buffer, typing the keys, then switching back to your
29433 original buffer.
29435 @menu
29436 * Keypad Main Menu::
29437 * Keypad Functions Menu::
29438 * Keypad Binary Menu::
29439 * Keypad Vectors Menu::
29440 * Keypad Modes Menu::
29441 @end menu
29443 @node Keypad Main Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode, Keypad Mode
29444 @section Main Menu
29446 @smallexample
29447 @group
29448 |----+-----Calc 2.1------+----1
29449 |FLR |CEIL|RND |TRNC|CLN2|FLT |
29450 |----+----+----+----+----+----|
29451 | LN |EXP |    |ABS |IDIV|MOD |
29452 |----+----+----+----+----+----|
29453 |SIN |COS |TAN |SQRT|y^x |1/x |
29454 |----+----+----+----+----+----|
29455 |  ENTER  |+/- |EEX |UNDO| <- |
29456 |-----+---+-+--+--+-+---++----|
29457 | INV |  7  |  8  |  9  |  /  |
29458 |-----+-----+-----+-----+-----|
29459 | HYP |  4  |  5  |  6  |  *  |
29460 |-----+-----+-----+-----+-----|
29461 |EXEC |  1  |  2  |  3  |  -  |
29462 |-----+-----+-----+-----+-----|
29463 | OFF |  0  |  .  | PI  |  +  |
29464 |-----+-----+-----+-----+-----+
29465 @end group
29466 @end smallexample
29468 @noindent
29469 This is the menu that appears the first time you start Keypad mode.
29470 It will show up in a vertical window on the right side of your screen.
29471 Above this menu is the traditional Calc stack display.  On a 24-line
29472 screen you will be able to see the top three stack entries.
29474 The ten digit keys, decimal point, and @key{EEX} key are used for
29475 entering numbers in the obvious way.  @key{EEX} begins entry of an
29476 exponent in scientific notation.  Just as with regular Calc, the
29477 number is pushed onto the stack as soon as you press @key{ENTER}
29478 or any other function key.
29480 The @key{+/-} key corresponds to normal Calc's @kbd{n} key.  During
29481 numeric entry it changes the sign of the number or of the exponent.
29482 At other times it changes the sign of the number on the top of the
29483 stack.
29485 The @key{INV} and @key{HYP} keys modify other keys.  As well as
29486 having the effects described elsewhere in this manual, Keypad mode
29487 defines several other ``inverse'' operations.  These are described
29488 below and in the following sections.
29490 The @key{ENTER} key finishes the current numeric entry, or otherwise
29491 duplicates the top entry on the stack.
29493 The @key{UNDO} key undoes the most recent Calc operation.
29494 @kbd{INV UNDO} is the ``redo'' command, and @kbd{HYP UNDO} is
29495 ``last arguments'' (@kbd{M-@key{RET}}).
29497 The @key{<-} key acts as a ``backspace'' during numeric entry.
29498 At other times it removes the top stack entry.  @kbd{INV <-}
29499 clears the entire stack.  @kbd{HYP <-} takes an integer from
29500 the stack, then removes that many additional stack elements.
29502 The @key{EXEC} key prompts you to enter any keystroke sequence
29503 that would normally work in Calc mode.  This can include a
29504 numeric prefix if you wish.  It is also possible simply to
29505 switch into the Calc window and type commands in it; there is
29506 nothing ``magic'' about this window when Keypad mode is active.
29508 The other keys in this display perform their obvious calculator
29509 functions.  @key{CLN2} rounds the top-of-stack by temporarily
29510 reducing the precision by 2 digits.  @key{FLT} converts an
29511 integer or fraction on the top of the stack to floating-point.
29513 The @key{INV} and @key{HYP} keys combined with several of these keys
29514 give you access to some common functions even if the appropriate menu
29515 is not displayed.  Obviously you don't need to learn these keys
29516 unless you find yourself wasting time switching among the menus.
29518 @table @kbd
29519 @item INV +/-
29520 is the same as @key{1/x}.
29521 @item INV +
29522 is the same as @key{SQRT}.
29523 @item INV -
29524 is the same as @key{CONJ}.
29525 @item INV *
29526 is the same as @key{y^x}.
29527 @item INV /
29528 is the same as @key{INV y^x} (the @expr{x}th root of @expr{y}).
29529 @item HYP/INV 1
29530 are the same as @key{SIN} / @kbd{INV SIN}.
29531 @item HYP/INV 2
29532 are the same as @key{COS} / @kbd{INV COS}.
29533 @item HYP/INV 3
29534 are the same as @key{TAN} / @kbd{INV TAN}.
29535 @item INV/HYP 4
29536 are the same as @key{LN} / @kbd{HYP LN}.
29537 @item INV/HYP 5
29538 are the same as @key{EXP} / @kbd{HYP EXP}.
29539 @item INV 6
29540 is the same as @key{ABS}.
29541 @item INV 7
29542 is the same as @key{RND} (@code{calc-round}).
29543 @item INV 8
29544 is the same as @key{CLN2}.
29545 @item INV 9
29546 is the same as @key{FLT} (@code{calc-float}).
29547 @item INV 0
29548 is the same as @key{IMAG}.
29549 @item INV .
29550 is the same as @key{PREC}.
29551 @item INV ENTER
29552 is the same as @key{SWAP}.
29553 @item HYP ENTER
29554 is the same as @key{RLL3}.
29555 @item INV HYP ENTER
29556 is the same as @key{OVER}.
29557 @item HYP +/-
29558 packs the top two stack entries as an error form.
29559 @item HYP EEX
29560 packs the top two stack entries as a modulo form.
29561 @item INV EEX
29562 creates an interval form; this removes an integer which is one
29563 of 0 @samp{[]}, 1 @samp{[)}, 2 @samp{(]} or 3 @samp{()}, followed
29564 by the two limits of the interval.
29565 @end table
29567 The @kbd{OFF} key turns Calc off; typing @kbd{C-x * k} or @kbd{C-x * *}
29568 again has the same effect.  This is analogous to typing @kbd{q} or
29569 hitting @kbd{C-x * c} again in the normal calculator.  If Calc is
29570 running standalone (the @code{full-calc-keypad} command appeared in the
29571 command line that started Emacs), then @kbd{OFF} is replaced with
29572 @kbd{EXIT}; clicking on this actually exits Emacs itself.
29574 @node Keypad Functions Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Main Menu, Keypad Mode
29575 @section Functions Menu
29577 @smallexample
29578 @group
29579 |----+----+----+----+----+----2
29580 |IGAM|BETA|IBET|ERF |BESJ|BESY|
29581 |----+----+----+----+----+----|
29582 |IMAG|CONJ| RE |ATN2|RAND|RAGN|
29583 |----+----+----+----+----+----|
29584 |GCD |FACT|DFCT|BNOM|PERM|NXTP|
29585 |----+----+----+----+----+----|
29586 @end group
29587 @end smallexample
29589 @noindent
29590 This menu provides various operations from the @kbd{f} and @kbd{k}
29591 prefix keys.
29593 @key{IMAG} multiplies the number on the stack by the imaginary
29594 number @expr{i = (0, 1)}.
29596 @key{RE} extracts the real part a complex number.  @kbd{INV RE}
29597 extracts the imaginary part.
29599 @key{RAND} takes a number from the top of the stack and computes
29600 a random number greater than or equal to zero but less than that
29601 number.  (@xref{Random Numbers}.)  @key{RAGN} is the ``random
29602 again'' command; it computes another random number using the
29603 same limit as last time.
29605 @key{INV GCD} computes the LCM (least common multiple) function.
29607 @key{INV FACT} is the gamma function.  
29608 @texline @math{\Gamma(x) = (x-1)!}.
29609 @infoline @expr{gamma(x) = (x-1)!}.
29611 @key{PERM} is the number-of-permutations function, which is on the
29612 @kbd{H k c} key in normal Calc.
29614 @key{NXTP} finds the next prime after a number.  @kbd{INV NXTP}
29615 finds the previous prime.
29617 @node Keypad Binary Menu, Keypad Vectors Menu, Keypad Functions Menu, Keypad Mode
29618 @section Binary Menu
29620 @smallexample
29621 @group
29622 |----+----+----+----+----+----3
29623 |AND | OR |XOR |NOT |LSH |RSH |
29624 |----+----+----+----+----+----|
29625 |DEC |HEX |OCT |BIN |WSIZ|ARSH|
29626 |----+----+----+----+----+----|
29627 | A  | B  | C  | D  | E  | F  |
29628 |----+----+----+----+----+----|
29629 @end group
29630 @end smallexample
29632 @noindent
29633 The keys in this menu perform operations on binary integers.
29634 Note that both logical and arithmetic right-shifts are provided.
29635 @key{INV LSH} rotates one bit to the left.
29637 The ``difference'' function (normally on @kbd{b d}) is on @key{INV AND}.
29638 The ``clip'' function (normally on @w{@kbd{b c}}) is on @key{INV NOT}.
29640 The @key{DEC}, @key{HEX}, @key{OCT}, and @key{BIN} keys select the
29641 current radix for display and entry of numbers:  Decimal, hexadecimal,
29642 octal, or binary.  The six letter keys @key{A} through @key{F} are used
29643 for entering hexadecimal numbers.
29645 The @key{WSIZ} key displays the current word size for binary operations
29646 and allows you to enter a new word size.  You can respond to the prompt
29647 using either the keyboard or the digits and @key{ENTER} from the keypad.
29648 The initial word size is 32 bits.
29650 @node Keypad Vectors Menu, Keypad Modes Menu, Keypad Binary Menu, Keypad Mode
29651 @section Vectors Menu
29653 @smallexample
29654 @group
29655 |----+----+----+----+----+----4
29656 |SUM |PROD|MAX |MAP*|MAP^|MAP$|
29657 |----+----+----+----+----+----|
29658 |MINV|MDET|MTRN|IDNT|CRSS|"x" |
29659 |----+----+----+----+----+----|
29660 |PACK|UNPK|INDX|BLD |LEN |... |
29661 |----+----+----+----+----+----|
29662 @end group
29663 @end smallexample
29665 @noindent
29666 The keys in this menu operate on vectors and matrices.
29668 @key{PACK} removes an integer @var{n} from the top of the stack;
29669 the next @var{n} stack elements are removed and packed into a vector,
29670 which is replaced onto the stack.  Thus the sequence
29671 @kbd{1 ENTER 3 ENTER 5 ENTER 3 PACK} enters the vector
29672 @samp{[1, 3, 5]} onto the stack.  To enter a matrix, build each row
29673 on the stack as a vector, then use a final @key{PACK} to collect the
29674 rows into a matrix.
29676 @key{UNPK} unpacks the vector on the stack, pushing each of its
29677 components separately.
29679 @key{INDX} removes an integer @var{n}, then builds a vector of
29680 integers from 1 to @var{n}.  @kbd{INV INDX} takes three numbers
29681 from the stack:  The vector size @var{n}, the starting number,
29682 and the increment.  @kbd{BLD} takes an integer @var{n} and any
29683 value @var{x} and builds a vector of @var{n} copies of @var{x}.
29685 @key{IDNT} removes an integer @var{n}, then builds an @var{n}-by-@var{n}
29686 identity matrix.
29688 @key{LEN} replaces a vector by its length, an integer.
29690 @key{...} turns on or off ``abbreviated'' display mode for large vectors.
29692 @key{MINV}, @key{MDET}, @key{MTRN}, and @key{CROSS} are the matrix
29693 inverse, determinant, and transpose, and vector cross product.
29695 @key{SUM} replaces a vector by the sum of its elements.  It is
29696 equivalent to @kbd{u +} in normal Calc (@pxref{Statistical Operations}).
29697 @key{PROD} computes the product of the elements of a vector, and
29698 @key{MAX} computes the maximum of all the elements of a vector.
29700 @key{INV SUM} computes the alternating sum of the first element
29701 minus the second, plus the third, minus the fourth, and so on.
29702 @key{INV MAX} computes the minimum of the vector elements.
29704 @key{HYP SUM} computes the mean of the vector elements.
29705 @key{HYP PROD} computes the sample standard deviation.
29706 @key{HYP MAX} computes the median.
29708 @key{MAP*} multiplies two vectors elementwise.  It is equivalent
29709 to the @kbd{V M *} command.  @key{MAP^} computes powers elementwise.
29710 The arguments must be vectors of equal length, or one must be a vector
29711 and the other must be a plain number.  For example, @kbd{2 MAP^} squares
29712 all the elements of a vector.
29714 @key{MAP$} maps the formula on the top of the stack across the
29715 vector in the second-to-top position.  If the formula contains
29716 several variables, Calc takes that many vectors starting at the
29717 second-to-top position and matches them to the variables in
29718 alphabetical order.  The result is a vector of the same size as
29719 the input vectors, whose elements are the formula evaluated with
29720 the variables set to the various sets of numbers in those vectors.
29721 For example, you could simulate @key{MAP^} using @key{MAP$} with
29722 the formula @samp{x^y}.
29724 The @kbd{"x"} key pushes the variable name @expr{x} onto the
29725 stack.  To build the formula @expr{x^2 + 6}, you would use the
29726 key sequence @kbd{"x" 2 y^x 6 +}.  This formula would then be
29727 suitable for use with the @key{MAP$} key described above.
29728 With @key{INV}, @key{HYP}, or @key{INV} and @key{HYP}, the
29729 @kbd{"x"} key pushes the variable names @expr{y}, @expr{z}, and
29730 @expr{t}, respectively.
29732 @node Keypad Modes Menu,  , Keypad Vectors Menu, Keypad Mode
29733 @section Modes Menu
29735 @smallexample
29736 @group
29737 |----+----+----+----+----+----5
29738 |FLT |FIX |SCI |ENG |GRP |    |
29739 |----+----+----+----+----+----|
29740 |RAD |DEG |FRAC|POLR|SYMB|PREC|
29741 |----+----+----+----+----+----|
29742 |SWAP|RLL3|RLL4|OVER|STO |RCL |
29743 |----+----+----+----+----+----|
29744 @end group
29745 @end smallexample
29747 @noindent
29748 The keys in this menu manipulate modes, variables, and the stack.
29750 The @key{FLT}, @key{FIX}, @key{SCI}, and @key{ENG} keys select
29751 floating-point, fixed-point, scientific, or engineering notation.
29752 @key{FIX} displays two digits after the decimal by default; the
29753 others display full precision.  With the @key{INV} prefix, these
29754 keys pop a number-of-digits argument from the stack.
29756 The @key{GRP} key turns grouping of digits with commas on or off.
29757 @kbd{INV GRP} enables grouping to the right of the decimal point as
29758 well as to the left.
29760 The @key{RAD} and @key{DEG} keys switch between radians and degrees
29761 for trigonometric functions.
29763 The @key{FRAC} key turns Fraction mode on or off.  This affects
29764 whether commands like @kbd{/} with integer arguments produce
29765 fractional or floating-point results.
29767 The @key{POLR} key turns Polar mode on or off, determining whether
29768 polar or rectangular complex numbers are used by default.
29770 The @key{SYMB} key turns Symbolic mode on or off, in which
29771 operations that would produce inexact floating-point results
29772 are left unevaluated as algebraic formulas.
29774 The @key{PREC} key selects the current precision.  Answer with
29775 the keyboard or with the keypad digit and @key{ENTER} keys.
29777 The @key{SWAP} key exchanges the top two stack elements.
29778 The @key{RLL3} key rotates the top three stack elements upwards.
29779 The @key{RLL4} key rotates the top four stack elements upwards.
29780 The @key{OVER} key duplicates the second-to-top stack element.
29782 The @key{STO} and @key{RCL} keys are analogous to @kbd{s t} and
29783 @kbd{s r} in regular Calc.  @xref{Store and Recall}.  Click the
29784 @key{STO} or @key{RCL} key, then one of the ten digits.  (Named
29785 variables are not available in Keypad mode.)  You can also use,
29786 for example, @kbd{STO + 3} to add to register 3.
29788 @node Embedded Mode, Programming, Keypad Mode, Top
29789 @chapter Embedded Mode
29791 @noindent
29792 Embedded mode in Calc provides an alternative to copying numbers
29793 and formulas back and forth between editing buffers and the Calc
29794 stack.  In Embedded mode, your editing buffer becomes temporarily
29795 linked to the stack and this copying is taken care of automatically.
29797 @menu
29798 * Basic Embedded Mode::
29799 * More About Embedded Mode::
29800 * Assignments in Embedded Mode::
29801 * Mode Settings in Embedded Mode::
29802 * Customizing Embedded Mode::
29803 @end menu
29805 @node Basic Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode, Embedded Mode
29806 @section Basic Embedded Mode
29808 @noindent
29809 @kindex C-x * e
29810 @pindex calc-embedded
29811 To enter Embedded mode, position the Emacs point (cursor) on a
29812 formula in any buffer and press @kbd{C-x * e} (@code{calc-embedded}).
29813 Note that @kbd{C-x * e} is not to be used in the Calc stack buffer
29814 like most Calc commands, but rather in regular editing buffers that
29815 are visiting your own files.
29817 Calc will try to guess an appropriate language based on the major mode
29818 of the editing buffer. (@xref{Language Modes}.) If the current buffer is
29819 in @code{latex-mode}, for example, Calc will set its language to La@TeX{}.
29820 Similarly, Calc will use @TeX{} language for @code{tex-mode},
29821 @code{plain-tex-mode} and @code{context-mode}, C language for
29822 @code{c-mode} and @code{c++-mode}, FORTRAN language for
29823 @code{fortran-mode} and @code{f90-mode}, Pascal for @code{pascal-mode},
29824 and eqn for @code{nroff-mode} (@pxref{Customizing Calc}).  
29825 These can be overridden with Calc's mode
29826 changing commands (@pxref{Mode Settings in Embedded Mode}).  If no
29827 suitable language is available, Calc will continue with its current language.
29829 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
29830 nearest opening and closing @dfn{formula delimiters}.  The simplest
29831 delimiters are blank lines.  Other delimiters that Embedded mode
29832 understands are:
29834 @enumerate
29835 @item
29836 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
29837 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
29838 @item
29839 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
29840 @item
29841 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
29842 @item
29843 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
29844 @item
29845 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
29846 @end enumerate
29848 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to make Calc recognize
29849 your own favorite delimiters.  Delimiters like @samp{$ $} can appear
29850 on their own separate lines or in-line with the formula.
29852 If you give a positive or negative numeric prefix argument, Calc
29853 instead uses the current point as one end of the formula, and includes
29854 that many lines forward or backward (respectively, including the current
29855 line). Explicit delimiters are not necessary in this case.
29857 With a prefix argument of zero, Calc uses the current region (delimited
29858 by point and mark) instead of formula delimiters.  With a prefix
29859 argument of @kbd{C-u} only, Calc uses the current line as the formula.
29861 @kindex C-x * w
29862 @pindex calc-embedded-word
29863 The @kbd{C-x * w} (@code{calc-embedded-word}) command will start Embedded
29864 mode on the current ``word''; in this case Calc will scan for the first
29865 non-numeric character (i.e., the first character that is not a digit,
29866 sign, decimal point, or upper- or lower-case @samp{e}) forward and
29867 backward to delimit the formula.
29869 When you enable Embedded mode for a formula, Calc reads the text
29870 between the delimiters and tries to interpret it as a Calc formula.
29871 Calc can generally identify @TeX{} formulas and
29872 Big-style formulas even if the language mode is wrong.  If Calc
29873 can't make sense of the formula, it beeps and refuses to enter
29874 Embedded mode.  But if the current language is wrong, Calc can
29875 sometimes parse the formula successfully (but incorrectly);
29876 for example, the C expression @samp{atan(a[1])} can be parsed
29877 in Normal language mode, but the @code{atan} won't correspond to
29878 the built-in @code{arctan} function, and the @samp{a[1]} will be
29879 interpreted as @samp{a} times the vector @samp{[1]}!
29881 If you press @kbd{C-x * e} or @kbd{C-x * w} to activate an embedded
29882 formula which is blank, say with the cursor on the space between
29883 the two delimiters @samp{$ $}, Calc will immediately prompt for
29884 an algebraic entry.
29886 Only one formula in one buffer can be enabled at a time.  If you
29887 move to another area of the current buffer and give Calc commands,
29888 Calc turns Embedded mode off for the old formula and then tries
29889 to restart Embedded mode at the new position.  Other buffers are
29890 not affected by Embedded mode.
29892 When Embedded mode begins, Calc pushes the current formula onto
29893 the stack.  No Calc stack window is created; however, Calc copies
29894 the top-of-stack position into the original buffer at all times.
29895 You can create a Calc window by hand with @kbd{C-x * o} if you
29896 find you need to see the entire stack.
29898 For example, typing @kbd{C-x * e} while somewhere in the formula
29899 @samp{n>2} in the following line enables Embedded mode on that
29900 inequality:
29902 @example
29903 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n>2$.
29904 @end example
29906 @noindent
29907 The formula @expr{n>2} will be pushed onto the Calc stack, and
29908 the top of stack will be copied back into the editing buffer.
29909 This means that spaces will appear around the @samp{>} symbol
29910 to match Calc's usual display style:
29912 @example
29913 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $n > 2$.
29914 @end example
29916 @noindent
29917 No spaces have appeared around the @samp{+} sign because it's
29918 in a different formula, one which we have not yet touched with
29919 Embedded mode.
29921 Now that Embedded mode is enabled, keys you type in this buffer
29922 are interpreted as Calc commands.  At this point we might use
29923 the ``commute'' command @kbd{j C} to reverse the inequality.
29924 This is a selection-based command for which we first need to
29925 move the cursor onto the operator (@samp{>} in this case) that
29926 needs to be commuted.
29928 @example
29929 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $2 < n$.
29930 @end example
29932 The @kbd{C-x * o} command is a useful way to open a Calc window
29933 without actually selecting that window.  Giving this command
29934 verifies that @samp{2 < n} is also on the Calc stack.  Typing
29935 @kbd{17 @key{RET}} would produce:
29937 @example
29938 We define $F_n = F_(n-1)+F_(n-2)$ for all $17$.
29939 @end example
29941 @noindent
29942 with @samp{2 < n} and @samp{17} on the stack; typing @key{TAB}
29943 at this point will exchange the two stack values and restore
29944 @samp{2 < n} to the embedded formula.  Even though you can't
29945 normally see the stack in Embedded mode, it is still there and
29946 it still operates in the same way.  But, as with old-fashioned
29947 RPN calculators, you can only see the value at the top of the
29948 stack at any given time (unless you use @kbd{C-x * o}).
29950 Typing @kbd{C-x * e} again turns Embedded mode off.  The Calc
29951 window reveals that the formula @w{@samp{2 < n}} is automatically
29952 removed from the stack, but the @samp{17} is not.  Entering
29953 Embedded mode always pushes one thing onto the stack, and
29954 leaving Embedded mode always removes one thing.  Anything else
29955 that happens on the stack is entirely your business as far as
29956 Embedded mode is concerned.
29958 If you press @kbd{C-x * e} in the wrong place by accident, it is
29959 possible that Calc will be able to parse the nearby text as a
29960 formula and will mangle that text in an attempt to redisplay it
29961 ``properly'' in the current language mode.  If this happens,
29962 press @kbd{C-x * e} again to exit Embedded mode, then give the
29963 regular Emacs ``undo'' command (@kbd{C-_} or @kbd{C-x u}) to put
29964 the text back the way it was before Calc edited it.  Note that Calc's
29965 own Undo command (typed before you turn Embedded mode back off)
29966 will not do you any good, because as far as Calc is concerned
29967 you haven't done anything with this formula yet.
29969 @node More About Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Basic Embedded Mode, Embedded Mode
29970 @section More About Embedded Mode
29972 @noindent
29973 When Embedded mode ``activates'' a formula, i.e., when it examines
29974 the formula for the first time since the buffer was created or
29975 loaded, Calc tries to sense the language in which the formula was
29976 written.  If the formula contains any La@TeX{}-like @samp{\} sequences,
29977 it is parsed (i.e., read) in La@TeX{} mode.  If the formula appears to
29978 be written in multi-line Big mode, it is parsed in Big mode.  Otherwise,
29979 it is parsed according to the current language mode.
29981 Note that Calc does not change the current language mode according
29982 the formula it reads in.  Even though it can read a La@TeX{} formula when
29983 not in La@TeX{} mode, it will immediately rewrite this formula using
29984 whatever language mode is in effect.
29986 @tex
29987 \bigskip
29988 @end tex
29990 @kindex d p
29991 @pindex calc-show-plain
29992 Calc's parser is unable to read certain kinds of formulas.  For
29993 example, with @kbd{v ]} (@code{calc-matrix-brackets}) you can
29994 specify matrix display styles which the parser is unable to
29995 recognize as matrices.  The @kbd{d p} (@code{calc-show-plain})
29996 command turns on a mode in which a ``plain'' version of a
29997 formula is placed in front of the fully-formatted version.
29998 When Calc reads a formula that has such a plain version in
29999 front, it reads the plain version and ignores the formatted
30000 version.
30002 Plain formulas are preceded and followed by @samp{%%%} signs
30003 by default.  This notation has the advantage that the @samp{%}
30004 character begins a comment in @TeX{} and La@TeX{}, so if your formula is 
30005 embedded in a @TeX{} or La@TeX{} document its plain version will be
30006 invisible in the final printed copy.  Certain major modes have different
30007 delimiters to ensure that the ``plain'' version will be 
30008 in a comment for those modes, also.  
30009 See @ref{Customizing Embedded Mode} to see how to change the ``plain''
30010 formula delimiters. 
30012 There are several notations which Calc's parser for ``big''
30013 formatted formulas can't yet recognize.  In particular, it can't
30014 read the large symbols for @code{sum}, @code{prod}, and @code{integ},
30015 and it can't handle @samp{=>} with the righthand argument omitted.
30016 Also, Calc won't recognize special formats you have defined with
30017 the @kbd{Z C} command (@pxref{User-Defined Compositions}).  In
30018 these cases it is important to use ``plain'' mode to make sure
30019 Calc will be able to read your formula later.
30021 Another example where ``plain'' mode is important is if you have
30022 specified a float mode with few digits of precision.  Normally
30023 any digits that are computed but not displayed will simply be
30024 lost when you save and re-load your embedded buffer, but ``plain''
30025 mode allows you to make sure that the complete number is present
30026 in the file as well as the rounded-down number.
30028 @tex
30029 \bigskip
30030 @end tex
30032 Embedded buffers remember active formulas for as long as they
30033 exist in Emacs memory.  Suppose you have an embedded formula
30034 which is @cpi{} to the normal 12 decimal places, and then
30035 type @w{@kbd{C-u 5 d n}} to display only five decimal places.
30036 If you then type @kbd{d n}, all 12 places reappear because the
30037 full number is still there on the Calc stack.  More surprisingly,
30038 even if you exit Embedded mode and later re-enter it for that
30039 formula, typing @kbd{d n} will restore all 12 places because
30040 each buffer remembers all its active formulas.  However, if you
30041 save the buffer in a file and reload it in a new Emacs session,
30042 all non-displayed digits will have been lost unless you used
30043 ``plain'' mode.
30045 @tex
30046 \bigskip
30047 @end tex
30049 In some applications of Embedded mode, you will want to have a
30050 sequence of copies of a formula that show its evolution as you
30051 work on it.  For example, you might want to have a sequence
30052 like this in your file (elaborating here on the example from
30053 the ``Getting Started'' chapter):
30055 @smallexample
30056 The derivative of
30058                               ln(ln(x))
30062                   @r{(the derivative of }ln(ln(x))@r{)}
30064 whose value at x = 2 is
30066                             @r{(the value)}
30068 and at x = 3 is
30070                             @r{(the value)}
30071 @end smallexample
30073 @kindex C-x * d
30074 @pindex calc-embedded-duplicate
30075 The @kbd{C-x * d} (@code{calc-embedded-duplicate}) command is a
30076 handy way to make sequences like this.  If you type @kbd{C-x * d},
30077 the formula under the cursor (which may or may not have Embedded
30078 mode enabled for it at the time) is copied immediately below and
30079 Embedded mode is then enabled for that copy.
30081 For this example, you would start with just
30083 @smallexample
30084 The derivative of
30086                               ln(ln(x))
30087 @end smallexample
30089 @noindent
30090 and press @kbd{C-x * d} with the cursor on this formula.  The result
30093 @smallexample
30094 The derivative of
30096                               ln(ln(x))
30099                               ln(ln(x))
30100 @end smallexample
30102 @noindent
30103 with the second copy of the formula enabled in Embedded mode.
30104 You can now press @kbd{a d x @key{RET}} to take the derivative, and
30105 @kbd{C-x * d C-x * d} to make two more copies of the derivative.
30106 To complete the computations, type @kbd{3 s l x @key{RET}} to evaluate
30107 the last formula, then move up to the second-to-last formula
30108 and type @kbd{2 s l x @key{RET}}.
30110 Finally, you would want to press @kbd{C-x * e} to exit Embedded
30111 mode, then go up and insert the necessary text in between the
30112 various formulas and numbers.
30114 @tex
30115 \bigskip
30116 @end tex
30118 @kindex C-x * f
30119 @kindex C-x * '
30120 @pindex calc-embedded-new-formula
30121 The @kbd{C-x * f} (@code{calc-embedded-new-formula}) command
30122 creates a new embedded formula at the current point.  It inserts
30123 some default delimiters, which are usually just blank lines,
30124 and then does an algebraic entry to get the formula (which is
30125 then enabled for Embedded mode).  This is just shorthand for
30126 typing the delimiters yourself, positioning the cursor between
30127 the new delimiters, and pressing @kbd{C-x * e}.  The key sequence
30128 @kbd{C-x * '} is equivalent to @kbd{C-x * f}.
30130 @kindex C-x * n
30131 @kindex C-x * p
30132 @pindex calc-embedded-next
30133 @pindex calc-embedded-previous
30134 The @kbd{C-x * n} (@code{calc-embedded-next}) and @kbd{C-x * p}
30135 (@code{calc-embedded-previous}) commands move the cursor to the
30136 next or previous active embedded formula in the buffer.  They
30137 can take positive or negative prefix arguments to move by several
30138 formulas.  Note that these commands do not actually examine the
30139 text of the buffer looking for formulas; they only see formulas
30140 which have previously been activated in Embedded mode.  In fact,
30141 @kbd{C-x * n} and @kbd{C-x * p} are a useful way to tell which
30142 embedded formulas are currently active.  Also, note that these
30143 commands do not enable Embedded mode on the next or previous
30144 formula, they just move the cursor.
30146 @kindex C-x * `
30147 @pindex calc-embedded-edit
30148 The @kbd{C-x * `} (@code{calc-embedded-edit}) command edits the
30149 embedded formula at the current point as if by @kbd{`} (@code{calc-edit}).
30150 Embedded mode does not have to be enabled for this to work.  Press
30151 @kbd{C-c C-c} to finish the edit, or @kbd{C-x k} to cancel.
30153 @node Assignments in Embedded Mode, Mode Settings in Embedded Mode, More About Embedded Mode, Embedded Mode
30154 @section Assignments in Embedded Mode
30156 @noindent
30157 The @samp{:=} (assignment) and @samp{=>} (``evaluates-to'') operators
30158 are especially useful in Embedded mode.  They allow you to make
30159 a definition in one formula, then refer to that definition in
30160 other formulas embedded in the same buffer.
30162 An embedded formula which is an assignment to a variable, as in
30164 @example
30165 foo := 5
30166 @end example
30168 @noindent
30169 records @expr{5} as the stored value of @code{foo} for the
30170 purposes of Embedded mode operations in the current buffer.  It
30171 does @emph{not} actually store @expr{5} as the ``global'' value
30172 of @code{foo}, however.  Regular Calc operations, and Embedded
30173 formulas in other buffers, will not see this assignment.
30175 One way to use this assigned value is simply to create an
30176 Embedded formula elsewhere that refers to @code{foo}, and to press
30177 @kbd{=} in that formula.  However, this permanently replaces the
30178 @code{foo} in the formula with its current value.  More interesting
30179 is to use @samp{=>} elsewhere:
30181 @example
30182 foo + 7 => 12
30183 @end example
30185 @xref{Evaluates-To Operator}, for a general discussion of @samp{=>}.
30187 If you move back and change the assignment to @code{foo}, any
30188 @samp{=>} formulas which refer to it are automatically updated.
30190 @example
30191 foo := 17
30193 foo + 7 => 24
30194 @end example
30196 The obvious question then is, @emph{how} can one easily change the
30197 assignment to @code{foo}?  If you simply select the formula in
30198 Embedded mode and type 17, the assignment itself will be replaced
30199 by the 17.  The effect on the other formula will be that the
30200 variable @code{foo} becomes unassigned:
30202 @example
30205 foo + 7 => foo + 7
30206 @end example
30208 The right thing to do is first to use a selection command (@kbd{j 2}
30209 will do the trick) to select the righthand side of the assignment.
30210 Then, @kbd{17 @key{TAB} @key{DEL}} will swap the 17 into place (@pxref{Selecting
30211 Subformulas}, to see how this works).
30213 @kindex C-x * j
30214 @pindex calc-embedded-select
30215 The @kbd{C-x * j} (@code{calc-embedded-select}) command provides an
30216 easy way to operate on assignments.  It is just like @kbd{C-x * e},
30217 except that if the enabled formula is an assignment, it uses
30218 @kbd{j 2} to select the righthand side.  If the enabled formula
30219 is an evaluates-to, it uses @kbd{j 1} to select the lefthand side.
30220 A formula can also be a combination of both:
30222 @example
30223 bar := foo + 3 => 20
30224 @end example
30226 @noindent
30227 in which case @kbd{C-x * j} will select the middle part (@samp{foo + 3}).
30229 The formula is automatically deselected when you leave Embedded
30230 mode.
30232 @kindex C-x * u
30233 @pindex calc-embedded-update-formula
30234 Another way to change the assignment to @code{foo} would simply be
30235 to edit the number using regular Emacs editing rather than Embedded
30236 mode.  Then, we have to find a way to get Embedded mode to notice
30237 the change.  The @kbd{C-x * u} (@code{calc-embedded-update-formula})
30238 command is a convenient way to do this.
30240 @example
30241 foo := 6
30243 foo + 7 => 13
30244 @end example
30246 Pressing @kbd{C-x * u} is much like pressing @kbd{C-x * e = C-x * e}, that
30247 is, temporarily enabling Embedded mode for the formula under the
30248 cursor and then evaluating it with @kbd{=}.  But @kbd{C-x * u} does
30249 not actually use @kbd{C-x * e}, and in fact another formula somewhere
30250 else can be enabled in Embedded mode while you use @kbd{C-x * u} and
30251 that formula will not be disturbed.
30253 With a numeric prefix argument, @kbd{C-x * u} updates all active
30254 @samp{=>} formulas in the buffer.  Formulas which have not yet
30255 been activated in Embedded mode, and formulas which do not have
30256 @samp{=>} as their top-level operator, are not affected by this.
30257 (This is useful only if you have used @kbd{m C}; see below.)
30259 With a plain @kbd{C-u} prefix, @kbd{C-u C-x * u} updates only in the
30260 region between mark and point rather than in the whole buffer.
30262 @kbd{C-x * u} is also a handy way to activate a formula, such as an
30263 @samp{=>} formula that has freshly been typed in or loaded from a
30264 file.
30266 @kindex C-x * a
30267 @pindex calc-embedded-activate
30268 The @kbd{C-x * a} (@code{calc-embedded-activate}) command scans
30269 through the current buffer and activates all embedded formulas
30270 that contain @samp{:=} or @samp{=>} symbols.  This does not mean
30271 that Embedded mode is actually turned on, but only that the
30272 formulas' positions are registered with Embedded mode so that
30273 the @samp{=>} values can be properly updated as assignments are
30274 changed.
30276 It is a good idea to type @kbd{C-x * a} right after loading a file
30277 that uses embedded @samp{=>} operators.  Emacs includes a nifty
30278 ``buffer-local variables'' feature that you can use to do this
30279 automatically.  The idea is to place near the end of your file
30280 a few lines that look like this:
30282 @example
30283 --- Local Variables: ---
30284 --- eval:(calc-embedded-activate) ---
30285 --- End: ---
30286 @end example
30288 @noindent
30289 where the leading and trailing @samp{---} can be replaced by
30290 any suitable strings (which must be the same on all three lines)
30291 or omitted altogether; in a @TeX{} or La@TeX{} file, @samp{%} would be a good
30292 leading string and no trailing string would be necessary.  In a
30293 C program, @samp{/*} and @samp{*/} would be good leading and
30294 trailing strings.
30296 When Emacs loads a file into memory, it checks for a Local Variables
30297 section like this one at the end of the file.  If it finds this
30298 section, it does the specified things (in this case, running
30299 @kbd{C-x * a} automatically) before editing of the file begins.
30300 The Local Variables section must be within 3000 characters of the
30301 end of the file for Emacs to find it, and it must be in the last
30302 page of the file if the file has any page separators.
30303 @xref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the
30304 Emacs manual}.
30306 Note that @kbd{C-x * a} does not update the formulas it finds.
30307 To do this, type, say, @kbd{M-1 C-x * u} after @w{@kbd{C-x * a}}.
30308 Generally this should not be a problem, though, because the
30309 formulas will have been up-to-date already when the file was
30310 saved.
30312 Normally, @kbd{C-x * a} activates all the formulas it finds, but
30313 any previous active formulas remain active as well.  With a
30314 positive numeric prefix argument, @kbd{C-x * a} first deactivates
30315 all current active formulas, then actives the ones it finds in
30316 its scan of the buffer.  With a negative prefix argument,
30317 @kbd{C-x * a} simply deactivates all formulas.
30319 Embedded mode has two symbols, @samp{Active} and @samp{~Active},
30320 which it puts next to the major mode name in a buffer's mode line.
30321 It puts @samp{Active} if it has reason to believe that all
30322 formulas in the buffer are active, because you have typed @kbd{C-x * a}
30323 and Calc has not since had to deactivate any formulas (which can
30324 happen if Calc goes to update an @samp{=>} formula somewhere because
30325 a variable changed, and finds that the formula is no longer there
30326 due to some kind of editing outside of Embedded mode).  Calc puts
30327 @samp{~Active} in the mode line if some, but probably not all,
30328 formulas in the buffer are active.  This happens if you activate
30329 a few formulas one at a time but never use @kbd{C-x * a}, or if you
30330 used @kbd{C-x * a} but then Calc had to deactivate a formula
30331 because it lost track of it.  If neither of these symbols appears
30332 in the mode line, no embedded formulas are active in the buffer
30333 (e.g., before Embedded mode has been used, or after a @kbd{M-- C-x * a}).
30335 Embedded formulas can refer to assignments both before and after them
30336 in the buffer.  If there are several assignments to a variable, the
30337 nearest preceding assignment is used if there is one, otherwise the
30338 following assignment is used.
30340 @example
30341 x => 1
30343 x := 1
30345 x => 1
30347 x := 2
30349 x => 2
30350 @end example
30352 As well as simple variables, you can also assign to subscript
30353 expressions of the form @samp{@var{var}_@var{number}} (as in
30354 @code{x_0}), or @samp{@var{var}_@var{var}} (as in @code{x_max}).
30355 Assignments to other kinds of objects can be represented by Calc,
30356 but the automatic linkage between assignments and references works
30357 only for plain variables and these two kinds of subscript expressions.
30359 If there are no assignments to a given variable, the global
30360 stored value for the variable is used (@pxref{Storing Variables}),
30361 or, if no value is stored, the variable is left in symbolic form.
30362 Note that global stored values will be lost when the file is saved
30363 and loaded in a later Emacs session, unless you have used the
30364 @kbd{s p} (@code{calc-permanent-variable}) command to save them;
30365 @pxref{Operations on Variables}.
30367 The @kbd{m C} (@code{calc-auto-recompute}) command turns automatic
30368 recomputation of @samp{=>} forms on and off.  If you turn automatic
30369 recomputation off, you will have to use @kbd{C-x * u} to update these
30370 formulas manually after an assignment has been changed.  If you
30371 plan to change several assignments at once, it may be more efficient
30372 to type @kbd{m C}, change all the assignments, then use @kbd{M-1 C-x * u}
30373 to update the entire buffer afterwards.  The @kbd{m C} command also
30374 controls @samp{=>} formulas on the stack; @pxref{Evaluates-To
30375 Operator}.  When you turn automatic recomputation back on, the
30376 stack will be updated but the Embedded buffer will not; you must
30377 use @kbd{C-x * u} to update the buffer by hand.
30379 @node Mode Settings in Embedded Mode, Customizing Embedded Mode, Assignments in Embedded Mode, Embedded Mode
30380 @section Mode Settings in Embedded Mode
30382 @kindex m e
30383 @pindex calc-embedded-preserve-modes
30384 @noindent
30385 The mode settings can be changed while Calc is in embedded mode, but
30386 by default they will revert to their original values when embedded mode
30387 is ended. However, the modes saved when the mode-recording mode is
30388 @code{Save} (see below) and the modes in effect when the @kbd{m e}
30389 (@code{calc-embedded-preserve-modes}) command is given
30390 will be preserved when embedded mode is ended.
30392 Embedded mode has a rather complicated mechanism for handling mode
30393 settings in Embedded formulas.  It is possible to put annotations
30394 in the file that specify mode settings either global to the entire
30395 file or local to a particular formula or formulas.  In the latter
30396 case, different modes can be specified for use when a formula
30397 is the enabled Embedded mode formula.
30399 When you give any mode-setting command, like @kbd{m f} (for Fraction
30400 mode) or @kbd{d s} (for scientific notation), Embedded mode adds
30401 a line like the following one to the file just before the opening
30402 delimiter of the formula.
30404 @example
30405 % [calc-mode: fractions: t]
30406 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30407 @end example
30409 When Calc interprets an embedded formula, it scans the text before
30410 the formula for mode-setting annotations like these and sets the
30411 Calc buffer to match these modes.  Modes not explicitly described
30412 in the file are not changed.  Calc scans all the way to the top of
30413 the file, or up to a line of the form
30415 @example
30416 % [calc-defaults]
30417 @end example
30419 @noindent
30420 which you can insert at strategic places in the file if this backward
30421 scan is getting too slow, or just to provide a barrier between one
30422 ``zone'' of mode settings and another.
30424 If the file contains several annotations for the same mode, the
30425 closest one before the formula is used.  Annotations after the
30426 formula are never used (except for global annotations, described
30427 below).
30429 The scan does not look for the leading @samp{% }, only for the
30430 square brackets and the text they enclose.  In fact, the leading
30431 characters are different for different major modes.  You can edit the
30432 mode annotations to a style that works better in context if you wish.
30433 @xref{Customizing Embedded Mode}, to see how to change the style
30434 that Calc uses when it generates the annotations.  You can write
30435 mode annotations into the file yourself if you know the syntax;
30436 the easiest way to find the syntax for a given mode is to let
30437 Calc write the annotation for it once and see what it does.
30439 If you give a mode-changing command for a mode that already has
30440 a suitable annotation just above the current formula, Calc will
30441 modify that annotation rather than generating a new, conflicting
30442 one.
30444 Mode annotations have three parts, separated by colons.  (Spaces
30445 after the colons are optional.)  The first identifies the kind
30446 of mode setting, the second is a name for the mode itself, and
30447 the third is the value in the form of a Lisp symbol, number,
30448 or list.  Annotations with unrecognizable text in the first or
30449 second parts are ignored.  The third part is not checked to make
30450 sure the value is of a valid type or range; if you write an
30451 annotation by hand, be sure to give a proper value or results
30452 will be unpredictable.  Mode-setting annotations are case-sensitive.
30454 While Embedded mode is enabled, the word @code{Local} appears in
30455 the mode line.  This is to show that mode setting commands generate
30456 annotations that are ``local'' to the current formula or set of
30457 formulas.  The @kbd{m R} (@code{calc-mode-record-mode}) command
30458 causes Calc to generate different kinds of annotations.  Pressing
30459 @kbd{m R} repeatedly cycles through the possible modes.
30461 @code{LocEdit} and @code{LocPerm} modes generate annotations
30462 that look like this, respectively:
30464 @example
30465 % [calc-edit-mode: float-format: (sci 0)]
30466 % [calc-perm-mode: float-format: (sci 5)]
30467 @end example
30469 The first kind of annotation will be used only while a formula
30470 is enabled in Embedded mode.  The second kind will be used only
30471 when the formula is @emph{not} enabled.  (Whether the formula
30472 is ``active'' or not, i.e., whether Calc has seen this formula
30473 yet, is not relevant here.)
30475 @code{Global} mode generates an annotation like this at the end
30476 of the file:
30478 @example
30479 % [calc-global-mode: fractions t]
30480 @end example
30482 Global mode annotations affect all formulas throughout the file,
30483 and may appear anywhere in the file.  This allows you to tuck your
30484 mode annotations somewhere out of the way, say, on a new page of
30485 the file, as long as those mode settings are suitable for all
30486 formulas in the file.
30488 Enabling a formula with @kbd{C-x * e} causes a fresh scan for local
30489 mode annotations; you will have to use this after adding annotations
30490 above a formula by hand to get the formula to notice them.  Updating
30491 a formula with @kbd{C-x * u} will also re-scan the local modes, but
30492 global modes are only re-scanned by @kbd{C-x * a}.
30494 Another way that modes can get out of date is if you add a local
30495 mode annotation to a formula that has another formula after it.
30496 In this example, we have used the @kbd{d s} command while the
30497 first of the two embedded formulas is active.  But the second
30498 formula has not changed its style to match, even though by the
30499 rules of reading annotations the @samp{(sci 0)} applies to it, too.
30501 @example
30502 % [calc-mode: float-format: (sci 0)]
30503 1.23e2
30505 456.
30506 @end example
30508 We would have to go down to the other formula and press @kbd{C-x * u}
30509 on it in order to get it to notice the new annotation.
30511 Two more mode-recording modes selectable by @kbd{m R} are available
30512 which are also available outside of Embedded mode.  
30513 (@pxref{General Mode Commands}.) They are @code{Save},  in which mode
30514 settings are recorded permanently in your Calc init file (the file given
30515 by the variable @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el})
30516 rather than by annotating the current document, and no-recording
30517 mode (where there is no symbol like @code{Save} or @code{Local} in
30518 the mode line), in which mode-changing commands do not leave any
30519 annotations at all.
30521 When Embedded mode is not enabled, mode-recording modes except
30522 for @code{Save} have no effect.
30524 @node Customizing Embedded Mode,  , Mode Settings in Embedded Mode, Embedded Mode
30525 @section Customizing Embedded Mode
30527 @noindent
30528 You can modify Embedded mode's behavior by setting various Lisp
30529 variables described here.  These variables are customizable 
30530 (@pxref{Customizing Calc}), or you can use @kbd{M-x set-variable}
30531 or @kbd{M-x edit-options} to adjust a variable on the fly.
30532 (Another possibility would be to use a file-local variable annotation at
30533 the end of the file; 
30534 @pxref{File Variables, , Local Variables in Files, emacs, the Emacs manual}.)
30535 Many of the variables given mentioned here can be set to depend on the
30536 major mode of the editing buffer (@pxref{Customizing Calc}).
30538 @vindex calc-embedded-open-formula
30539 The @code{calc-embedded-open-formula} variable holds a regular
30540 expression for the opening delimiter of a formula.  @xref{Regexp Search,
30541 , Regular Expression Search, emacs, the Emacs manual}, to see
30542 how regular expressions work.  Basically, a regular expression is a
30543 pattern that Calc can search for.  A regular expression that considers
30544 blank lines, @samp{$}, and @samp{$$} to be opening delimiters is
30545 @code{"\\`\\|^\n\\|\\$\\$?"}.  Just in case the meaning of this
30546 regular expression is not completely plain, let's go through it
30547 in detail.
30549 The surrounding @samp{" "} marks quote the text between them as a
30550 Lisp string.  If you left them off, @code{set-variable} or
30551 @code{edit-options} would try to read the regular expression as a
30552 Lisp program.
30554 The most obvious property of this regular expression is that it
30555 contains indecently many backslashes.  There are actually two levels
30556 of backslash usage going on here.  First, when Lisp reads a quoted
30557 string, all pairs of characters beginning with a backslash are
30558 interpreted as special characters.  Here, @code{\n} changes to a
30559 new-line character, and @code{\\} changes to a single backslash.
30560 So the actual regular expression seen by Calc is
30561 @samp{\`\|^ @r{(newline)} \|\$\$?}.
30563 Regular expressions also consider pairs beginning with backslash
30564 to have special meanings.  Sometimes the backslash is used to quote
30565 a character that otherwise would have a special meaning in a regular
30566 expression, like @samp{$}, which normally means ``end-of-line,''
30567 or @samp{?}, which means that the preceding item is optional.  So
30568 @samp{\$\$?} matches either one or two dollar signs.
30570 The other codes in this regular expression are @samp{^}, which matches
30571 ``beginning-of-line,'' @samp{\|}, which means ``or,'' and @samp{\`},
30572 which matches ``beginning-of-buffer.''  So the whole pattern means
30573 that a formula begins at the beginning of the buffer, or on a newline
30574 that occurs at the beginning of a line (i.e., a blank line), or at
30575 one or two dollar signs.
30577 The default value of @code{calc-embedded-open-formula} looks just
30578 like this example, with several more alternatives added on to
30579 recognize various other common kinds of delimiters.
30581 By the way, the reason to use @samp{^\n} rather than @samp{^$}
30582 or @samp{\n\n}, which also would appear to match blank lines,
30583 is that the former expression actually ``consumes'' only one
30584 newline character as @emph{part of} the delimiter, whereas the
30585 latter expressions consume zero or two newlines, respectively.
30586 The former choice gives the most natural behavior when Calc
30587 must operate on a whole formula including its delimiters.
30589 See the Emacs manual for complete details on regular expressions.
30590 But just for your convenience, here is a list of all characters
30591 which must be quoted with backslash (like @samp{\$}) to avoid
30592 some special interpretation:  @samp{. * + ? [ ] ^ $ \}.  (Note
30593 the backslash in this list; for example, to match @samp{\[} you
30594 must use @code{"\\\\\\["}.  An exercise for the reader is to
30595 account for each of these six backslashes!)
30597 @vindex calc-embedded-close-formula
30598 The @code{calc-embedded-close-formula} variable holds a regular
30599 expression for the closing delimiter of a formula.  A closing
30600 regular expression to match the above example would be
30601 @code{"\\'\\|\n$\\|\\$\\$?"}.  This is almost the same as the
30602 other one, except it now uses @samp{\'} (``end-of-buffer'') and
30603 @samp{\n$} (newline occurring at end of line, yet another way
30604 of describing a blank line that is more appropriate for this
30605 case).
30607 @vindex calc-embedded-open-word
30608 @vindex calc-embedded-close-word
30609 The @code{calc-embedded-open-word} and @code{calc-embedded-close-word}
30610 variables are similar expressions used when you type @kbd{C-x * w}
30611 instead of @kbd{C-x * e} to enable Embedded mode.
30613 @vindex calc-embedded-open-plain
30614 The @code{calc-embedded-open-plain} variable is a string which
30615 begins a ``plain'' formula written in front of the formatted
30616 formula when @kbd{d p} mode is turned on.  Note that this is an
30617 actual string, not a regular expression, because Calc must be able
30618 to write this string into a buffer as well as to recognize it.
30619 The default string is @code{"%%% "} (note the trailing space), but may
30620 be different for certain major modes.
30622 @vindex calc-embedded-close-plain
30623 The @code{calc-embedded-close-plain} variable is a string which
30624 ends a ``plain'' formula.  The default is @code{" %%%\n"}, but may be
30625 different for different major modes.  Without
30626 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
30627 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
30629 @vindex calc-embedded-open-new-formula
30630 The @code{calc-embedded-open-new-formula} variable is a string
30631 which is inserted at the front of a new formula when you type
30632 @kbd{C-x * f}.  Its default value is @code{"\n\n"}.  If this
30633 string begins with a newline character and the @kbd{C-x * f} is
30634 typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip this
30635 first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in
30636 the file.
30638 @vindex calc-embedded-close-new-formula
30639 The @code{calc-embedded-close-new-formula} variable is the corresponding
30640 string which is inserted at the end of a new formula.  Its default
30641 value is also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by
30642 @w{@kbd{C-x * f}} if typed at the end of a line.  (It follows that if
30643 @kbd{C-x * f} is typed on a blank line, both a leading opening
30644 newline and a trailing closing newline are omitted.)
30646 @vindex calc-embedded-announce-formula
30647 The @code{calc-embedded-announce-formula} variable is a regular
30648 expression which is sure to be followed by an embedded formula.
30649 The @kbd{C-x * a} command searches for this pattern as well as for
30650 @samp{=>} and @samp{:=} operators.  Note that @kbd{C-x * a} will
30651 not activate just anything surrounded by formula delimiters; after
30652 all, blank lines are considered formula delimiters by default!
30653 But if your language includes a delimiter which can only occur
30654 actually in front of a formula, you can take advantage of it here.
30655 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, but may be
30656 different for different major modes.
30657 This pattern will check for @samp{%Embed} followed by any number of
30658 lines beginning with @samp{%} and a space.  This last is important to
30659 make Calc consider mode annotations part of the pattern, so that the
30660 formula's opening delimiter really is sure to follow the pattern.
30662 @vindex calc-embedded-open-mode
30663 The @code{calc-embedded-open-mode} variable is a string (not a
30664 regular expression) which should precede a mode annotation.
30665 Calc never scans for this string; Calc always looks for the
30666 annotation itself.  But this is the string that is inserted before
30667 the opening bracket when Calc adds an annotation on its own.
30668 The default is @code{"% "}, but may be different for different major
30669 modes. 
30671 @vindex calc-embedded-close-mode
30672 The @code{calc-embedded-close-mode} variable is a string which
30673 follows a mode annotation written by Calc.  Its default value
30674 is simply a newline, @code{"\n"}, but may be different for different
30675 major modes.  If you change this, it is a good idea still to end with a
30676 newline so that mode annotations will appear on lines by themselves.
30678 @node Programming, Copying, Embedded Mode, Top
30679 @chapter Programming
30681 @noindent
30682 There are several ways to ``program'' the Emacs Calculator, depending
30683 on the nature of the problem you need to solve.
30685 @enumerate
30686 @item
30687 @dfn{Keyboard macros} allow you to record a sequence of keystrokes
30688 and play them back at a later time.  This is just the standard Emacs
30689 keyboard macro mechanism, dressed up with a few more features such
30690 as loops and conditionals.
30692 @item
30693 @dfn{Algebraic definitions} allow you to use any formula to define a
30694 new function.  This function can then be used in algebraic formulas or
30695 as an interactive command.
30697 @item
30698 @dfn{Rewrite rules} are discussed in the section on algebra commands.
30699 @xref{Rewrite Rules}.  If you put your rewrite rules in the variable
30700 @code{EvalRules}, they will be applied automatically to all Calc
30701 results in just the same way as an internal ``rule'' is applied to
30702 evaluate @samp{sqrt(9)} to 3 and so on.  @xref{Automatic Rewrites}.
30704 @item
30705 @dfn{Lisp} is the programming language that Calc (and most of Emacs)
30706 is written in.  If the above techniques aren't powerful enough, you
30707 can write Lisp functions to do anything that built-in Calc commands
30708 can do.  Lisp code is also somewhat faster than keyboard macros or
30709 rewrite rules.
30710 @end enumerate
30712 @kindex z
30713 Programming features are available through the @kbd{z} and @kbd{Z}
30714 prefix keys.  New commands that you define are two-key sequences
30715 beginning with @kbd{z}.  Commands for managing these definitions
30716 use the shift-@kbd{Z} prefix.  (The @kbd{Z T} (@code{calc-timing})
30717 command is described elsewhere; @pxref{Troubleshooting Commands}.
30718 The @kbd{Z C} (@code{calc-user-define-composition}) command is also
30719 described elsewhere; @pxref{User-Defined Compositions}.)
30721 @menu
30722 * Creating User Keys::
30723 * Keyboard Macros::
30724 * Invocation Macros::
30725 * Algebraic Definitions::
30726 * Lisp Definitions::
30727 @end menu
30729 @node Creating User Keys, Keyboard Macros, Programming, Programming
30730 @section Creating User Keys
30732 @noindent
30733 @kindex Z D
30734 @pindex calc-user-define
30735 Any Calculator command may be bound to a key using the @kbd{Z D}
30736 (@code{calc-user-define}) command.  Actually, it is bound to a two-key
30737 sequence beginning with the lower-case @kbd{z} prefix.
30739 The @kbd{Z D} command first prompts for the key to define.  For example,
30740 press @kbd{Z D a} to define the new key sequence @kbd{z a}.  You are then
30741 prompted for the name of the Calculator command that this key should
30742 run.  For example, the @code{calc-sincos} command is not normally
30743 available on a key.  Typing @kbd{Z D s sincos @key{RET}} programs the
30744 @kbd{z s} key sequence to run @code{calc-sincos}.  This definition will remain
30745 in effect for the rest of this Emacs session, or until you redefine
30746 @kbd{z s} to be something else.
30748 You can actually bind any Emacs command to a @kbd{z} key sequence by
30749 backspacing over the @samp{calc-} when you are prompted for the command name.
30751 As with any other prefix key, you can type @kbd{z ?} to see a list of
30752 all the two-key sequences you have defined that start with @kbd{z}.
30753 Initially, no @kbd{z} sequences (except @kbd{z ?} itself) are defined.
30755 User keys are typically letters, but may in fact be any key.
30756 (@key{META}-keys are not permitted, nor are a terminal's special
30757 function keys which generate multi-character sequences when pressed.)
30758 You can define different commands on the shifted and unshifted versions
30759 of a letter if you wish.
30761 @kindex Z U
30762 @pindex calc-user-undefine
30763 The @kbd{Z U} (@code{calc-user-undefine}) command unbinds a user key.
30764 For example, the key sequence @kbd{Z U s} will undefine the @code{sincos}
30765 key we defined above.
30767 @kindex Z P
30768 @pindex calc-user-define-permanent
30769 @cindex Storing user definitions
30770 @cindex Permanent user definitions
30771 @cindex Calc init file, user-defined commands
30772 The @kbd{Z P} (@code{calc-user-define-permanent}) command makes a key
30773 binding permanent so that it will remain in effect even in future Emacs
30774 sessions.  (It does this by adding a suitable bit of Lisp code into
30775 your Calc init file; that is, the file given by the variable
30776 @code{calc-settings-file}, typically @file{~/.calc.el}.)  For example,
30777 @kbd{Z P s} would register our @code{sincos} command permanently.  If
30778 you later wish to unregister this command you must edit your Calc init
30779 file by hand.  (@xref{General Mode Commands}, for a way to tell Calc to
30780 use a different file for the Calc init file.)
30782 The @kbd{Z P} command also saves the user definition, if any, for the
30783 command bound to the key.  After @kbd{Z F} and @kbd{Z C}, a given user
30784 key could invoke a command, which in turn calls an algebraic function,
30785 which might have one or more special display formats.  A single @kbd{Z P}
30786 command will save all of these definitions.
30787 To save an algebraic function, type @kbd{'} (the apostrophe)
30788 when prompted for a key, and type the function name.  To save a command
30789 without its key binding, type @kbd{M-x} and enter a function name.  (The
30790 @samp{calc-} prefix will automatically be inserted for you.)
30791 (If the command you give implies a function, the function will be saved,
30792 and if the function has any display formats, those will be saved, but
30793 not the other way around:  Saving a function will not save any commands
30794 or key bindings associated with the function.) 
30796 @kindex Z E
30797 @pindex calc-user-define-edit
30798 @cindex Editing user definitions
30799 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command edits the definition
30800 of a user key.  This works for keys that have been defined by either
30801 keyboard macros or formulas; further details are contained in the relevant
30802 following sections.
30804 @node Keyboard Macros, Invocation Macros, Creating User Keys, Programming
30805 @section Programming with Keyboard Macros
30807 @noindent
30808 @kindex X
30809 @cindex Programming with keyboard macros
30810 @cindex Keyboard macros
30811 The easiest way to ``program'' the Emacs Calculator is to use standard
30812 keyboard macros.  Press @w{@kbd{C-x (}} to begin recording a macro.  From
30813 this point on, keystrokes you type will be saved away as well as
30814 performing their usual functions.  Press @kbd{C-x )} to end recording.
30815 Press shift-@kbd{X} (or the standard Emacs key sequence @kbd{C-x e}) to
30816 execute your keyboard macro by replaying the recorded keystrokes.
30817 @xref{Keyboard Macros, , , emacs, the Emacs Manual}, for further
30818 information.
30820 When you use @kbd{X} to invoke a keyboard macro, the entire macro is
30821 treated as a single command by the undo and trail features.  The stack
30822 display buffer is not updated during macro execution, but is instead
30823 fixed up once the macro completes.  Thus, commands defined with keyboard
30824 macros are convenient and efficient.  The @kbd{C-x e} command, on the
30825 other hand, invokes the keyboard macro with no special treatment: Each
30826 command in the macro will record its own undo information and trail entry,
30827 and update the stack buffer accordingly.  If your macro uses features
30828 outside of Calc's control to operate on the contents of the Calc stack
30829 buffer, or if it includes Undo, Redo, or last-arguments commands, you
30830 must use @kbd{C-x e} to make sure the buffer and undo list are up-to-date
30831 at all times.  You could also consider using @kbd{K} (@code{calc-keep-args})
30832 instead of @kbd{M-@key{RET}} (@code{calc-last-args}).
30834 Calc extends the standard Emacs keyboard macros in several ways.
30835 Keyboard macros can be used to create user-defined commands.  Keyboard
30836 macros can include conditional and iteration structures, somewhat
30837 analogous to those provided by a traditional programmable calculator.
30839 @menu
30840 * Naming Keyboard Macros::
30841 * Conditionals in Macros::
30842 * Loops in Macros::
30843 * Local Values in Macros::
30844 * Queries in Macros::
30845 @end menu
30847 @node Naming Keyboard Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros, Keyboard Macros
30848 @subsection Naming Keyboard Macros
30850 @noindent
30851 @kindex Z K
30852 @pindex calc-user-define-kbd-macro
30853 Once you have defined a keyboard macro, you can bind it to a @kbd{z}
30854 key sequence with the @kbd{Z K} (@code{calc-user-define-kbd-macro}) command.
30855 This command prompts first for a key, then for a command name.  For
30856 example, if you type @kbd{C-x ( n @key{TAB} n @key{TAB} C-x )} you will
30857 define a keyboard macro which negates the top two numbers on the stack
30858 (@key{TAB} swaps the top two stack elements).  Now you can type
30859 @kbd{Z K n @key{RET}} to define this keyboard macro onto the @kbd{z n} key
30860 sequence.  The default command name (if you answer the second prompt with
30861 just the @key{RET} key as in this example) will be something like
30862 @samp{calc-User-n}.  The keyboard macro will now be available as both
30863 @kbd{z n} and @kbd{M-x calc-User-n}.  You can backspace and enter a more
30864 descriptive command name if you wish.
30866 Macros defined by @kbd{Z K} act like single commands; they are executed
30867 in the same way as by the @kbd{X} key.  If you wish to define the macro
30868 as a standard no-frills Emacs macro (to be executed as if by @kbd{C-x e}),
30869 give a negative prefix argument to @kbd{Z K}.
30871 Once you have bound your keyboard macro to a key, you can use
30872 @kbd{Z P} to register it permanently with Emacs.  @xref{Creating User Keys}.
30874 @cindex Keyboard macros, editing
30875 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
30876 been defined by a keyboard macro tries to use the @code{edmacro} package
30877 edit the macro.  Type @kbd{C-c C-c} to finish editing and update 
30878 the definition stored on the key, or, to cancel the edit, kill the
30879 buffer with @kbd{C-x k}.
30880 The special characters @code{RET}, @code{LFD}, @code{TAB}, @code{SPC},
30881 @code{DEL}, and @code{NUL} must be entered as these three character
30882 sequences, written in all uppercase, as must the prefixes @code{C-} and
30883 @code{M-}.  Spaces and line breaks are ignored.  Other characters are
30884 copied verbatim into the keyboard macro.  Basically, the notation is the
30885 same as is used in all of this manual's examples, except that the manual
30886 takes some liberties with spaces: When we say @kbd{' [1 2 3] @key{RET}},
30887 we take it for granted that it is clear we really mean 
30888 @kbd{' [1 @key{SPC} 2 @key{SPC} 3] @key{RET}}.
30890 @kindex C-x * m
30891 @pindex read-kbd-macro
30892 The @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) command reads an Emacs ``region''
30893 of spelled-out keystrokes and defines it as the current keyboard macro.
30894 It is a convenient way to define a keyboard macro that has been stored
30895 in a file, or to define a macro without executing it at the same time.
30897 @node Conditionals in Macros, Loops in Macros, Naming Keyboard Macros, Keyboard Macros
30898 @subsection Conditionals in Keyboard Macros
30900 @noindent
30901 @kindex Z [
30902 @kindex Z ]
30903 @pindex calc-kbd-if
30904 @pindex calc-kbd-else
30905 @pindex calc-kbd-else-if
30906 @pindex calc-kbd-end-if
30907 @cindex Conditional structures
30908 The @kbd{Z [} (@code{calc-kbd-if}) and @kbd{Z ]} (@code{calc-kbd-end-if})
30909 commands allow you to put simple tests in a keyboard macro.  When Calc
30910 sees the @kbd{Z [}, it pops an object from the stack and, if the object is
30911 a non-zero value, continues executing keystrokes.  But if the object is
30912 zero, or if it is not provably nonzero, Calc skips ahead to the matching
30913 @kbd{Z ]} keystroke.  @xref{Logical Operations}, for a set of commands for
30914 performing tests which conveniently produce 1 for true and 0 for false.
30916 For example, @kbd{@key{RET} 0 a < Z [ n Z ]} implements an absolute-value
30917 function in the form of a keyboard macro.  This macro duplicates the
30918 number on the top of the stack, pushes zero and compares using @kbd{a <}
30919 (@code{calc-less-than}), then, if the number was less than zero,
30920 executes @kbd{n} (@code{calc-change-sign}).  Otherwise, the change-sign
30921 command is skipped.
30923 To program this macro, type @kbd{C-x (}, type the above sequence of
30924 keystrokes, then type @kbd{C-x )}.  Note that the keystrokes will be
30925 executed while you are making the definition as well as when you later
30926 re-execute the macro by typing @kbd{X}.  Thus you should make sure a
30927 suitable number is on the stack before defining the macro so that you
30928 don't get a stack-underflow error during the definition process.
30930 Conditionals can be nested arbitrarily.  However, there should be exactly
30931 one @kbd{Z ]} for each @kbd{Z [} in a keyboard macro.
30933 @kindex Z :
30934 The @kbd{Z :} (@code{calc-kbd-else}) command allows you to choose between
30935 two keystroke sequences.  The general format is @kbd{@var{cond} Z [
30936 @var{then-part} Z : @var{else-part} Z ]}.  If @var{cond} is true
30937 (i.e., if the top of stack contains a non-zero number after @var{cond}
30938 has been executed), the @var{then-part} will be executed and the
30939 @var{else-part} will be skipped.  Otherwise, the @var{then-part} will
30940 be skipped and the @var{else-part} will be executed.
30942 @kindex Z |
30943 The @kbd{Z |} (@code{calc-kbd-else-if}) command allows you to choose
30944 between any number of alternatives.  For example,
30945 @kbd{@var{cond1} Z [ @var{part1} Z : @var{cond2} Z | @var{part2} Z :
30946 @var{part3} Z ]} will execute @var{part1} if @var{cond1} is true,
30947 otherwise it will execute @var{part2} if @var{cond2} is true, otherwise
30948 it will execute @var{part3}.
30950 More precisely, @kbd{Z [} pops a number and conditionally skips to the
30951 next matching @kbd{Z :} or @kbd{Z ]} key.  @w{@kbd{Z ]}} has no effect when
30952 actually executed.  @kbd{Z :} skips to the next matching @kbd{Z ]}.
30953 @kbd{Z |} pops a number and conditionally skips to the next matching
30954 @kbd{Z :} or @kbd{Z ]}; thus, @kbd{Z [} and @kbd{Z |} are functionally
30955 equivalent except that @kbd{Z [} participates in nesting but @kbd{Z |}
30956 does not.
30958 Calc's conditional and looping constructs work by scanning the
30959 keyboard macro for occurrences of character sequences like @samp{Z:}
30960 and @samp{Z]}.  One side-effect of this is that if you use these
30961 constructs you must be careful that these character pairs do not
30962 occur by accident in other parts of the macros.  Since Calc rarely
30963 uses shift-@kbd{Z} for any purpose except as a prefix character, this
30964 is not likely to be a problem.  Another side-effect is that it will
30965 not work to define your own custom key bindings for these commands.
30966 Only the standard shift-@kbd{Z} bindings will work correctly.
30968 @kindex Z C-g
30969 If Calc gets stuck while skipping characters during the definition of a
30970 macro, type @kbd{Z C-g} to cancel the definition.  (Typing plain @kbd{C-g}
30971 actually adds a @kbd{C-g} keystroke to the macro.)
30973 @node Loops in Macros, Local Values in Macros, Conditionals in Macros, Keyboard Macros
30974 @subsection Loops in Keyboard Macros
30976 @noindent
30977 @kindex Z <
30978 @kindex Z >
30979 @pindex calc-kbd-repeat
30980 @pindex calc-kbd-end-repeat
30981 @cindex Looping structures
30982 @cindex Iterative structures
30983 The @kbd{Z <} (@code{calc-kbd-repeat}) and @kbd{Z >}
30984 (@code{calc-kbd-end-repeat}) commands pop a number from the stack,
30985 which must be an integer, then repeat the keystrokes between the brackets
30986 the specified number of times.  If the integer is zero or negative, the
30987 body is skipped altogether.  For example, @kbd{1 @key{TAB} Z < 2 * Z >}
30988 computes two to a nonnegative integer power.  First, we push 1 on the
30989 stack and then swap the integer argument back to the top.  The @kbd{Z <}
30990 pops that argument leaving the 1 back on top of the stack.  Then, we
30991 repeat a multiply-by-two step however many times.
30993 Once again, the keyboard macro is executed as it is being entered.
30994 In this case it is especially important to set up reasonable initial
30995 conditions before making the definition:  Suppose the integer 1000 just
30996 happened to be sitting on the stack before we typed the above definition!
30997 Another approach is to enter a harmless dummy definition for the macro,
30998 then go back and edit in the real one with a @kbd{Z E} command.  Yet
30999 another approach is to type the macro as written-out keystroke names
31000 in a buffer, then use @kbd{C-x * m} (@code{read-kbd-macro}) to read the
31001 macro.
31003 @kindex Z /
31004 @pindex calc-break
31005 The @kbd{Z /} (@code{calc-kbd-break}) command allows you to break out
31006 of a keyboard macro loop prematurely.  It pops an object from the stack;
31007 if that object is true (a non-zero number), control jumps out of the
31008 innermost enclosing @kbd{Z <} @dots{} @kbd{Z >} loop and continues
31009 after the @kbd{Z >}.  If the object is false, the @kbd{Z /} has no
31010 effect.  Thus @kbd{@var{cond} Z /} is similar to @samp{if (@var{cond}) break;}
31011 in the C language.
31013 @kindex Z (
31014 @kindex Z )
31015 @pindex calc-kbd-for
31016 @pindex calc-kbd-end-for
31017 The @kbd{Z (} (@code{calc-kbd-for}) and @kbd{Z )} (@code{calc-kbd-end-for})
31018 commands are similar to @kbd{Z <} and @kbd{Z >}, except that they make the
31019 value of the counter available inside the loop.  The general layout is
31020 @kbd{@var{init} @var{final} Z ( @var{body} @var{step} Z )}.  The @kbd{Z (}
31021 command pops initial and final values from the stack.  It then creates
31022 a temporary internal counter and initializes it with the value @var{init}.
31023 The @kbd{Z (} command then repeatedly pushes the counter value onto the
31024 stack and executes @var{body} and @var{step}, adding @var{step} to the
31025 counter each time until the loop finishes.
31027 @cindex Summations (by keyboard macros)
31028 By default, the loop finishes when the counter becomes greater than (or
31029 less than) @var{final}, assuming @var{initial} is less than (greater
31030 than) @var{final}.  If @var{initial} is equal to @var{final}, the body
31031 executes exactly once.  The body of the loop always executes at least
31032 once.  For example, @kbd{0 1 10 Z ( 2 ^ + 1 Z )} computes the sum of the
31033 squares of the integers from 1 to 10, in steps of 1.
31035 If you give a numeric prefix argument of 1 to @kbd{Z (}, the loop is
31036 forced to use upward-counting conventions.  In this case, if @var{initial}
31037 is greater than @var{final} the body will not be executed at all.
31038 Note that @var{step} may still be negative in this loop; the prefix
31039 argument merely constrains the loop-finished test.  Likewise, a prefix
31040 argument of @mathit{-1} forces downward-counting conventions.
31042 @kindex Z @{
31043 @kindex Z @}
31044 @pindex calc-kbd-loop
31045 @pindex calc-kbd-end-loop
31046 The @kbd{Z @{} (@code{calc-kbd-loop}) and @kbd{Z @}}
31047 (@code{calc-kbd-end-loop}) commands are similar to @kbd{Z <} and
31048 @kbd{Z >}, except that they do not pop a count from the stack---they
31049 effectively create an infinite loop.  Every @kbd{Z @{} @dots{} @kbd{Z @}}
31050 loop ought to include at least one @kbd{Z /} to make sure the loop
31051 doesn't run forever.  (If any error message occurs which causes Emacs
31052 to beep, the keyboard macro will also be halted; this is a standard
31053 feature of Emacs.  You can also generally press @kbd{C-g} to halt a
31054 running keyboard macro, although not all versions of Unix support
31055 this feature.)
31057 The conditional and looping constructs are not actually tied to
31058 keyboard macros, but they are most often used in that context.
31059 For example, the keystrokes @kbd{10 Z < 23 @key{RET} Z >} push
31060 ten copies of 23 onto the stack.  This can be typed ``live'' just
31061 as easily as in a macro definition.
31063 @xref{Conditionals in Macros}, for some additional notes about
31064 conditional and looping commands.
31066 @node Local Values in Macros, Queries in Macros, Loops in Macros, Keyboard Macros
31067 @subsection Local Values in Macros
31069 @noindent
31070 @cindex Local variables
31071 @cindex Restoring saved modes
31072 Keyboard macros sometimes want to operate under known conditions
31073 without affecting surrounding conditions.  For example, a keyboard
31074 macro may wish to turn on Fraction mode, or set a particular
31075 precision, independent of the user's normal setting for those
31076 modes.
31078 @kindex Z `
31079 @kindex Z '
31080 @pindex calc-kbd-push
31081 @pindex calc-kbd-pop
31082 Macros also sometimes need to use local variables.  Assignments to
31083 local variables inside the macro should not affect any variables
31084 outside the macro.  The @kbd{Z `} (@code{calc-kbd-push}) and @kbd{Z '}
31085 (@code{calc-kbd-pop}) commands give you both of these capabilities.
31087 When you type @kbd{Z `} (with a backquote or accent grave character),
31088 the values of various mode settings are saved away.  The ten ``quick''
31089 variables @code{q0} through @code{q9} are also saved.  When
31090 you type @w{@kbd{Z '}} (with an apostrophe), these values are restored.
31091 Pairs of @kbd{Z `} and @kbd{Z '} commands may be nested.
31093 If a keyboard macro halts due to an error in between a @kbd{Z `} and
31094 a @kbd{Z '}, the saved values will be restored correctly even though
31095 the macro never reaches the @kbd{Z '} command.  Thus you can use
31096 @kbd{Z `} and @kbd{Z '} without having to worry about what happens
31097 in exceptional conditions.
31099 If you type @kbd{Z `} ``live'' (not in a keyboard macro), Calc puts
31100 you into a ``recursive edit.''  You can tell you are in a recursive
31101 edit because there will be extra square brackets in the mode line,
31102 as in @samp{[(Calculator)]}.  These brackets will go away when you
31103 type the matching @kbd{Z '} command.  The modes and quick variables
31104 will be saved and restored in just the same way as if actual keyboard
31105 macros were involved.
31107 The modes saved by @kbd{Z `} and @kbd{Z '} are the current precision
31108 and binary word size, the angular mode (Deg, Rad, or HMS), the
31109 simplification mode, Algebraic mode, Symbolic mode, Infinite mode,
31110 Matrix or Scalar mode, Fraction mode, and the current complex mode
31111 (Polar or Rectangular).  The ten ``quick'' variables' values (or lack
31112 thereof) are also saved.
31114 Most mode-setting commands act as toggles, but with a numeric prefix
31115 they force the mode either on (positive prefix) or off (negative
31116 or zero prefix).  Since you don't know what the environment might
31117 be when you invoke your macro, it's best to use prefix arguments
31118 for all mode-setting commands inside the macro.
31120 In fact, @kbd{C-u Z `} is like @kbd{Z `} except that it sets the modes
31121 listed above to their default values.  As usual, the matching @kbd{Z '}
31122 will restore the modes to their settings from before the @kbd{C-u Z `}.
31123 Also, @w{@kbd{Z `}} with a negative prefix argument resets the algebraic mode
31124 to its default (off) but leaves the other modes the same as they were
31125 outside the construct.
31127 The contents of the stack and trail, values of non-quick variables, and
31128 other settings such as the language mode and the various display modes,
31129 are @emph{not} affected by @kbd{Z `} and @kbd{Z '}.
31131 @node Queries in Macros,  , Local Values in Macros, Keyboard Macros
31132 @subsection Queries in Keyboard Macros
31134 @c @noindent
31135 @c @kindex Z =
31136 @c @pindex calc-kbd-report
31137 @c The @kbd{Z =} (@code{calc-kbd-report}) command displays an informative
31138 @c message including the value on the top of the stack.  You are prompted
31139 @c to enter a string.  That string, along with the top-of-stack value,
31140 @c is displayed unless @kbd{m w} (@code{calc-working}) has been used
31141 @c to turn such messages off.
31143 @noindent
31144 @kindex Z #
31145 @pindex calc-kbd-query
31146 The @kbd{Z #} (@code{calc-kbd-query}) command prompts for an algebraic
31147 entry which takes its input from the keyboard, even during macro
31148 execution.  All the normal conventions of algebraic input, including the
31149 use of @kbd{$} characters, are supported.  The prompt message itself is
31150 taken from the top of the stack, and so must be entered (as a string)
31151 before the @kbd{Z #} command.  (Recall, as a string it can be entered by
31152 pressing the @kbd{"} key and will appear as a vector when it is put on
31153 the stack.  The prompt message is only put on the stack to provide a
31154 prompt for the @kbd{Z #} command; it will not play any role in any
31155 subsequent calculations.)  This command allows your keyboard macros to
31156 accept numbers or formulas as interactive input.
31158 As an example, 
31159 @kbd{2 @key{RET} "Power: " @key{RET} Z # 3 @key{RET} ^} will prompt for
31160 input with ``Power: '' in the minibuffer, then return 2 to the provided
31161 power.  (The response to the prompt that's given, 3 in this example,
31162 will not be part of the macro.)
31164 @xref{Keyboard Macro Query, , , emacs, the Emacs Manual}, for a description of
31165 @kbd{C-x q} (@code{kbd-macro-query}), the standard Emacs way to accept
31166 keyboard input during a keyboard macro.  In particular, you can use
31167 @kbd{C-x q} to enter a recursive edit, which allows the user to perform
31168 any Calculator operations interactively before pressing @kbd{C-M-c} to
31169 return control to the keyboard macro.
31171 @node Invocation Macros, Algebraic Definitions, Keyboard Macros, Programming
31172 @section Invocation Macros
31174 @kindex C-x * z
31175 @kindex Z I
31176 @pindex calc-user-invocation
31177 @pindex calc-user-define-invocation
31178 Calc provides one special keyboard macro, called up by @kbd{C-x * z}
31179 (@code{calc-user-invocation}), that is intended to allow you to define
31180 your own special way of starting Calc.  To define this ``invocation
31181 macro,'' create the macro in the usual way with @kbd{C-x (} and
31182 @kbd{C-x )}, then type @kbd{Z I} (@code{calc-user-define-invocation}).
31183 There is only one invocation macro, so you don't need to type any
31184 additional letters after @kbd{Z I}.  From now on, you can type
31185 @kbd{C-x * z} at any time to execute your invocation macro.
31187 For example, suppose you find yourself often grabbing rectangles of
31188 numbers into Calc and multiplying their columns.  You can do this
31189 by typing @kbd{C-x * r} to grab, and @kbd{V R : *} to multiply columns.
31190 To make this into an invocation macro, just type @kbd{C-x ( C-x * r
31191 V R : * C-x )}, then @kbd{Z I}.  Then, to multiply a rectangle of data,
31192 just mark the data in its buffer in the usual way and type @kbd{C-x * z}.
31194 Invocation macros are treated like regular Emacs keyboard macros;
31195 all the special features described above for @kbd{Z K}-style macros
31196 do not apply.  @kbd{C-x * z} is just like @kbd{C-x e}, except that it
31197 uses the macro that was last stored by @kbd{Z I}.  (In fact, the
31198 macro does not even have to have anything to do with Calc!)
31200 The @kbd{m m} command saves the last invocation macro defined by
31201 @kbd{Z I} along with all the other Calc mode settings.
31202 @xref{General Mode Commands}.
31204 @node Algebraic Definitions, Lisp Definitions, Invocation Macros, Programming
31205 @section Programming with Formulas
31207 @noindent
31208 @kindex Z F
31209 @pindex calc-user-define-formula
31210 @cindex Programming with algebraic formulas
31211 Another way to create a new Calculator command uses algebraic formulas.
31212 The @kbd{Z F} (@code{calc-user-define-formula}) command stores the
31213 formula at the top of the stack as the definition for a key.  This
31214 command prompts for five things: The key, the command name, the function
31215 name, the argument list, and the behavior of the command when given
31216 non-numeric arguments.
31218 For example, suppose we type @kbd{' a+2b @key{RET}} to push the formula
31219 @samp{a + 2*b} onto the stack.  We now type @kbd{Z F m} to define this
31220 formula on the @kbd{z m} key sequence.  The next prompt is for a command
31221 name, beginning with @samp{calc-}, which should be the long (@kbd{M-x}) form
31222 for the new command.  If you simply press @key{RET}, a default name like
31223 @code{calc-User-m} will be constructed.  In our example, suppose we enter
31224 @kbd{spam @key{RET}} to define the new command as @code{calc-spam}.
31226 If you want to give the formula a long-style name only, you can press
31227 @key{SPC} or @key{RET} when asked which single key to use.  For example
31228 @kbd{Z F @key{RET} spam @key{RET}} defines the new command as
31229 @kbd{M-x calc-spam}, with no keyboard equivalent.
31231 The third prompt is for an algebraic function name.  The default is to
31232 use the same name as the command name but without the @samp{calc-}
31233 prefix.  (If this is of the form @samp{User-m}, the hyphen is removed so
31234 it won't be taken for a minus sign in algebraic formulas.)
31235 This is the name you will use if you want to enter your 
31236 new function in an algebraic formula.  Suppose we enter @kbd{yow @key{RET}}.
31237 Then the new function can be invoked by pushing two numbers on the
31238 stack and typing @kbd{z m} or @kbd{x spam}, or by entering the algebraic
31239 formula @samp{yow(x,y)}.
31241 The fourth prompt is for the function's argument list.  This is used to
31242 associate values on the stack with the variables that appear in the formula.
31243 The default is a list of all variables which appear in the formula, sorted
31244 into alphabetical order.  In our case, the default would be @samp{(a b)}.
31245 This means that, when the user types @kbd{z m}, the Calculator will remove
31246 two numbers from the stack, substitute these numbers for @samp{a} and
31247 @samp{b} (respectively) in the formula, then simplify the formula and
31248 push the result on the stack.  In other words, @kbd{10 @key{RET} 100 z m}
31249 would replace the 10 and 100 on the stack with the number 210, which is
31250 @expr{a + 2 b} with @expr{a=10} and @expr{b=100}.  Likewise, the formula
31251 @samp{yow(10, 100)} will be evaluated by substituting @expr{a=10} and
31252 @expr{b=100} in the definition.
31254 You can rearrange the order of the names before pressing @key{RET} to
31255 control which stack positions go to which variables in the formula.  If
31256 you remove a variable from the argument list, that variable will be left
31257 in symbolic form by the command.  Thus using an argument list of @samp{(b)}
31258 for our function would cause @kbd{10 z m} to replace the 10 on the stack
31259 with the formula @samp{a + 20}.  If we had used an argument list of
31260 @samp{(b a)}, the result with inputs 10 and 100 would have been 120.
31262 You can also put a nameless function on the stack instead of just a
31263 formula, as in @samp{<a, b : a + 2 b>}.  @xref{Specifying Operators}.
31264 In this example, the command will be defined by the formula @samp{a + 2 b}
31265 using the argument list @samp{(a b)}.
31267 The final prompt is a y-or-n question concerning what to do if symbolic
31268 arguments are given to your function.  If you answer @kbd{y}, then
31269 executing @kbd{z m} (using the original argument list @samp{(a b)}) with
31270 arguments @expr{10} and @expr{x} will leave the function in symbolic
31271 form, i.e., @samp{yow(10,x)}.  On the other hand, if you answer @kbd{n},
31272 then the formula will always be expanded, even for non-constant
31273 arguments: @samp{10 + 2 x}.  If you never plan to feed algebraic
31274 formulas to your new function, it doesn't matter how you answer this
31275 question.
31277 If you answered @kbd{y} to this question you can still cause a function
31278 call to be expanded by typing @kbd{a "} (@code{calc-expand-formula}).
31279 Also, Calc will expand the function if necessary when you take a
31280 derivative or integral or solve an equation involving the function.
31282 @kindex Z G
31283 @pindex calc-get-user-defn
31284 Once you have defined a formula on a key, you can retrieve this formula
31285 with the @kbd{Z G} (@code{calc-user-define-get-defn}) command.  Press a
31286 key, and this command pushes the formula that was used to define that
31287 key onto the stack.  Actually, it pushes a nameless function that
31288 specifies both the argument list and the defining formula.  You will get
31289 an error message if the key is undefined, or if the key was not defined
31290 by a @kbd{Z F} command.
31292 The @kbd{Z E} (@code{calc-user-define-edit}) command on a key that has
31293 been defined by a formula uses a variant of the @code{calc-edit} command
31294 to edit the defining formula.  Press @kbd{C-c C-c} to finish editing and
31295 store the new formula back in the definition, or kill the buffer with
31296 @kbd{C-x k} to
31297 cancel the edit.  (The argument list and other properties of the
31298 definition are unchanged; to adjust the argument list, you can use
31299 @kbd{Z G} to grab the function onto the stack, edit with @kbd{`}, and
31300 then re-execute the @kbd{Z F} command.)
31302 As usual, the @kbd{Z P} command records your definition permanently.
31303 In this case it will permanently record all three of the relevant
31304 definitions: the key, the command, and the function.
31306 You may find it useful to turn off the default simplifications with
31307 @kbd{m O} (@code{calc-no-simplify-mode}) when entering a formula to be
31308 used as a function definition.  For example, the formula @samp{deriv(a^2,v)}
31309 which might be used to define a new function @samp{dsqr(a,v)} will be
31310 ``simplified'' to 0 immediately upon entry since @code{deriv} considers
31311 @expr{a} to be constant with respect to @expr{v}.  Turning off
31312 default simplifications cures this problem:  The definition will be stored
31313 in symbolic form without ever activating the @code{deriv} function.  Press
31314 @kbd{m D} to turn the default simplifications back on afterwards.
31316 @node Lisp Definitions,  , Algebraic Definitions, Programming
31317 @section Programming with Lisp
31319 @noindent
31320 The Calculator can be programmed quite extensively in Lisp.  All you
31321 do is write a normal Lisp function definition, but with @code{defmath}
31322 in place of @code{defun}.  This has the same form as @code{defun}, but it
31323 automagically replaces calls to standard Lisp functions like @code{+} and
31324 @code{zerop} with calls to the corresponding functions in Calc's own library.
31325 Thus you can write natural-looking Lisp code which operates on all of the
31326 standard Calculator data types.  You can then use @kbd{Z D} if you wish to
31327 bind your new command to a @kbd{z}-prefix key sequence.  The @kbd{Z E} command
31328 will not edit a Lisp-based definition.
31330 Emacs Lisp is described in the GNU Emacs Lisp Reference Manual.  This section
31331 assumes a familiarity with Lisp programming concepts; if you do not know
31332 Lisp, you may find keyboard macros or rewrite rules to be an easier way
31333 to program the Calculator.
31335 This section first discusses ways to write commands, functions, or
31336 small programs to be executed inside of Calc.  Then it discusses how
31337 your own separate programs are able to call Calc from the outside.
31338 Finally, there is a list of internal Calc functions and data structures
31339 for the true Lisp enthusiast.
31341 @menu
31342 * Defining Functions::
31343 * Defining Simple Commands::
31344 * Defining Stack Commands::
31345 * Argument Qualifiers::
31346 * Example Definitions::
31348 * Calling Calc from Your Programs::
31349 * Internals::
31350 @end menu
31352 @node Defining Functions, Defining Simple Commands, Lisp Definitions, Lisp Definitions
31353 @subsection Defining New Functions
31355 @noindent
31356 @findex defmath
31357 The @code{defmath} function (actually a Lisp macro) is like @code{defun}
31358 except that code in the body of the definition can make use of the full
31359 range of Calculator data types.  The prefix @samp{calcFunc-} is added
31360 to the specified name to get the actual Lisp function name.  As a simple
31361 example,
31363 @example
31364 (defmath myfact (n)
31365   (if (> n 0)
31366       (* n (myfact (1- n)))
31367     1))
31368 @end example
31370 @noindent
31371 This actually expands to the code,
31373 @example
31374 (defun calcFunc-myfact (n)
31375   (if (math-posp n)
31376       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31377     1))
31378 @end example
31380 @noindent
31381 This function can be used in algebraic expressions, e.g., @samp{myfact(5)}.
31383 The @samp{myfact} function as it is defined above has the bug that an
31384 expression @samp{myfact(a+b)} will be simplified to 1 because the
31385 formula @samp{a+b} is not considered to be @code{posp}.  A robust
31386 factorial function would be written along the following lines:
31388 @smallexample
31389 (defmath myfact (n)
31390   (if (> n 0)
31391       (* n (myfact (1- n)))
31392     (if (= n 0)
31393         1
31394       nil)))    ; this could be simplified as: (and (= n 0) 1)
31395 @end smallexample
31397 If a function returns @code{nil}, it is left unsimplified by the Calculator
31398 (except that its arguments will be simplified).  Thus, @samp{myfact(a+1+2)}
31399 will be simplified to @samp{myfact(a+3)} but no further.  Beware that every
31400 time the Calculator reexamines this formula it will attempt to resimplify
31401 it, so your function ought to detect the returning-@code{nil} case as
31402 efficiently as possible.
31404 The following standard Lisp functions are treated by @code{defmath}:
31405 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^} or
31406 @code{expt}, @code{=}, @code{<}, @code{>}, @code{<=}, @code{>=},
31407 @code{/=}, @code{1+}, @code{1-}, @code{logand}, @code{logior}, @code{logxor},
31408 @code{logandc2}, @code{lognot}.  Also, @code{~=} is an abbreviation for
31409 @code{math-nearly-equal}, which is useful in implementing Taylor series.
31411 For other functions @var{func}, if a function by the name
31412 @samp{calcFunc-@var{func}} exists it is used, otherwise if a function by the
31413 name @samp{math-@var{func}} exists it is used, otherwise if @var{func} itself
31414 is defined as a function it is used, otherwise @samp{calcFunc-@var{func}} is
31415 used on the assumption that this is a to-be-defined math function.  Also, if
31416 the function name is quoted as in @samp{('integerp a)} the function name is
31417 always used exactly as written (but not quoted).
31419 Variable names have @samp{var-} prepended to them unless they appear in
31420 the function's argument list or in an enclosing @code{let}, @code{let*},
31421 @code{for}, or @code{foreach} form,
31422 or their names already contain a @samp{-} character.  Thus a reference to
31423 @samp{foo} is the same as a reference to @samp{var-foo}.
31425 A few other Lisp extensions are available in @code{defmath} definitions:
31427 @itemize @bullet
31428 @item
31429 The @code{elt} function accepts any number of index variables.
31430 Note that Calc vectors are stored as Lisp lists whose first
31431 element is the symbol @code{vec}; thus, @samp{(elt v 2)} yields
31432 the second element of vector @code{v}, and @samp{(elt m i j)}
31433 yields one element of a Calc matrix.
31435 @item
31436 The @code{setq} function has been extended to act like the Common
31437 Lisp @code{setf} function.  (The name @code{setf} is recognized as
31438 a synonym of @code{setq}.)  Specifically, the first argument of
31439 @code{setq} can be an @code{nth}, @code{elt}, @code{car}, or @code{cdr} form,
31440 in which case the effect is to store into the specified
31441 element of a list.  Thus, @samp{(setq (elt m i j) x)} stores @expr{x}
31442 into one element of a matrix.
31444 @item
31445 A @code{for} looping construct is available.  For example,
31446 @samp{(for ((i 0 10)) body)} executes @code{body} once for each
31447 binding of @expr{i} from zero to 10.  This is like a @code{let}
31448 form in that @expr{i} is temporarily bound to the loop count
31449 without disturbing its value outside the @code{for} construct.
31450 Nested loops, as in @samp{(for ((i 0 10) (j 0 (1- i) 2)) body)},
31451 are also available.  For each value of @expr{i} from zero to 10,
31452 @expr{j} counts from 0 to @expr{i-1} in steps of two.  Note that
31453 @code{for} has the same general outline as @code{let*}, except
31454 that each element of the header is a list of three or four
31455 things, not just two.
31457 @item
31458 The @code{foreach} construct loops over elements of a list.
31459 For example, @samp{(foreach ((x (cdr v))) body)} executes
31460 @code{body} with @expr{x} bound to each element of Calc vector
31461 @expr{v} in turn.  The purpose of @code{cdr} here is to skip over
31462 the initial @code{vec} symbol in the vector.
31464 @item
31465 The @code{break} function breaks out of the innermost enclosing
31466 @code{while}, @code{for}, or @code{foreach} loop.  If given a
31467 value, as in @samp{(break x)}, this value is returned by the
31468 loop.  (Lisp loops otherwise always return @code{nil}.)
31470 @item
31471 The @code{return} function prematurely returns from the enclosing
31472 function.  For example, @samp{(return (+ x y))} returns @expr{x+y}
31473 as the value of a function.  You can use @code{return} anywhere
31474 inside the body of the function.
31475 @end itemize
31477 Non-integer numbers (and extremely large integers) cannot be included
31478 directly into a @code{defmath} definition.  This is because the Lisp
31479 reader will fail to parse them long before @code{defmath} ever gets control.
31480 Instead, use the notation, @samp{:"3.1415"}.  In fact, any algebraic
31481 formula can go between the quotes.  For example,
31483 @smallexample
31484 (defmath sqexp (x)     ; sqexp(x) == sqrt(exp(x)) == exp(x*0.5)
31485   (and (numberp x)
31486        (exp :"x * 0.5")))
31487 @end smallexample
31489 expands to
31491 @smallexample
31492 (defun calcFunc-sqexp (x)
31493   (and (math-numberp x)
31494        (calcFunc-exp (math-mul x '(float 5 -1)))))
31495 @end smallexample
31497 Note the use of @code{numberp} as a guard to ensure that the argument is
31498 a number first, returning @code{nil} if not.  The exponential function
31499 could itself have been included in the expression, if we had preferred:
31500 @samp{:"exp(x * 0.5)"}.  As another example, the multiplication-and-recursion
31501 step of @code{myfact} could have been written
31503 @example
31504 :"n * myfact(n-1)"
31505 @end example
31507 A good place to put your @code{defmath} commands is your Calc init file
31508 (the file given by @code{calc-settings-file}, typically
31509 @file{~/.calc.el}), which will not be loaded until Calc starts.
31510 If a file named @file{.emacs} exists in your home directory, Emacs reads
31511 and executes the Lisp forms in this file as it starts up.  While it may
31512 seem reasonable to put your favorite @code{defmath} commands there,
31513 this has the unfortunate side-effect that parts of the Calculator must be
31514 loaded in to process the @code{defmath} commands whether or not you will
31515 actually use the Calculator!  If you want to put the @code{defmath}
31516 commands there (for example, if you redefine @code{calc-settings-file}
31517 to be @file{.emacs}), a better effect can be had by writing
31519 @example
31520 (put 'calc-define 'thing '(progn
31521  (defmath ... )
31522  (defmath ... )
31524 @end example
31526 @noindent
31527 @vindex calc-define
31528 The @code{put} function adds a @dfn{property} to a symbol.  Each Lisp
31529 symbol has a list of properties associated with it.  Here we add a
31530 property with a name of @code{thing} and a @samp{(progn ...)} form as
31531 its value.  When Calc starts up, and at the start of every Calc command,
31532 the property list for the symbol @code{calc-define} is checked and the
31533 values of any properties found are evaluated as Lisp forms.  The
31534 properties are removed as they are evaluated.  The property names
31535 (like @code{thing}) are not used; you should choose something like the
31536 name of your project so as not to conflict with other properties.
31538 The net effect is that you can put the above code in your @file{.emacs}
31539 file and it will not be executed until Calc is loaded.  Or, you can put
31540 that same code in another file which you load by hand either before or
31541 after Calc itself is loaded.
31543 The properties of @code{calc-define} are evaluated in the same order
31544 that they were added.  They can assume that the Calc modules @file{calc.el},
31545 @file{calc-ext.el}, and @file{calc-macs.el} have been fully loaded, and
31546 that the @samp{*Calculator*} buffer will be the current buffer.
31548 If your @code{calc-define} property only defines algebraic functions,
31549 you can be sure that it will have been evaluated before Calc tries to
31550 call your function, even if the file defining the property is loaded
31551 after Calc is loaded.  But if the property defines commands or key
31552 sequences, it may not be evaluated soon enough.  (Suppose it defines the
31553 new command @code{tweak-calc}; the user can load your file, then type
31554 @kbd{M-x tweak-calc} before Calc has had chance to do anything.)  To
31555 protect against this situation, you can put
31557 @example
31558 (run-hooks 'calc-check-defines)
31559 @end example
31561 @findex calc-check-defines
31562 @noindent
31563 at the end of your file.  The @code{calc-check-defines} function is what
31564 looks for and evaluates properties on @code{calc-define}; @code{run-hooks}
31565 has the advantage that it is quietly ignored if @code{calc-check-defines}
31566 is not yet defined because Calc has not yet been loaded.
31568 Examples of things that ought to be enclosed in a @code{calc-define}
31569 property are @code{defmath} calls, @code{define-key} calls that modify
31570 the Calc key map, and any calls that redefine things defined inside Calc.
31571 Ordinary @code{defun}s need not be enclosed with @code{calc-define}.
31573 @node Defining Simple Commands, Defining Stack Commands, Defining Functions, Lisp Definitions
31574 @subsection Defining New Simple Commands
31576 @noindent
31577 @findex interactive
31578 If a @code{defmath} form contains an @code{interactive} clause, it defines
31579 a Calculator command.  Actually such a @code{defmath} results in @emph{two}
31580 function definitions:  One, a @samp{calcFunc-} function as was just described,
31581 with the @code{interactive} clause removed.  Two, a @samp{calc-} function
31582 with a suitable @code{interactive} clause and some sort of wrapper to make
31583 the command work in the Calc environment.
31585 In the simple case, the @code{interactive} clause has the same form as
31586 for normal Emacs Lisp commands:
31588 @smallexample
31589 (defmath increase-precision (delta)
31590   "Increase precision by DELTA."     ; This is the "documentation string"
31591   (interactive "p")                  ; Register this as a M-x-able command
31592   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31593 @end smallexample
31595 This expands to the pair of definitions,
31597 @smallexample
31598 (defun calc-increase-precision (delta)
31599   "Increase precision by DELTA."
31600   (interactive "p")
31601   (calc-wrapper
31602    (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta))))
31604 (defun calcFunc-increase-precision (delta)
31605   "Increase precision by DELTA."
31606   (setq calc-internal-prec (math-add calc-internal-prec delta)))
31607 @end smallexample
31609 @noindent
31610 where in this case the latter function would never really be used!  Note
31611 that since the Calculator stores small integers as plain Lisp integers,
31612 the @code{math-add} function will work just as well as the native
31613 @code{+} even when the intent is to operate on native Lisp integers.
31615 @findex calc-wrapper
31616 The @samp{calc-wrapper} call invokes a macro which surrounds the body of
31617 the function with code that looks roughly like this:
31619 @smallexample
31620 (let ((calc-command-flags nil))
31621   (unwind-protect
31622       (save-excursion
31623         (calc-select-buffer)
31624         @emph{body of function}
31625         @emph{renumber stack}
31626         @emph{clear} Working @emph{message})
31627     @emph{realign cursor and window}
31628     @emph{clear Inverse, Hyperbolic, and Keep Args flags}
31629     @emph{update Emacs mode line}))
31630 @end smallexample
31632 @findex calc-select-buffer
31633 The @code{calc-select-buffer} function selects the @samp{*Calculator*}
31634 buffer if necessary, say, because the command was invoked from inside
31635 the @samp{*Calc Trail*} window.
31637 @findex calc-set-command-flag
31638 You can call, for example, @code{(calc-set-command-flag 'no-align)} to
31639 set the above-mentioned command flags.  Calc routines recognize the
31640 following command flags:
31642 @table @code
31643 @item renum-stack
31644 Stack line numbers @samp{1:}, @samp{2:}, and so on must be renumbered
31645 after this command completes.  This is set by routines like
31646 @code{calc-push}.
31648 @item clear-message
31649 Calc should call @samp{(message "")} if this command completes normally
31650 (to clear a ``Working@dots{}'' message out of the echo area).
31652 @item no-align
31653 Do not move the cursor back to the @samp{.} top-of-stack marker.
31655 @item position-point
31656 Use the variables @code{calc-position-point-line} and
31657 @code{calc-position-point-column} to position the cursor after
31658 this command finishes.
31660 @item keep-flags
31661 Do not clear @code{calc-inverse-flag}, @code{calc-hyperbolic-flag},
31662 and @code{calc-keep-args-flag} at the end of this command.
31664 @item do-edit
31665 Switch to buffer @samp{*Calc Edit*} after this command.
31667 @item hold-trail
31668 Do not move trail pointer to end of trail when something is recorded
31669 there.
31670 @end table
31672 @kindex Y
31673 @kindex Y ?
31674 @vindex calc-Y-help-msgs
31675 Calc reserves a special prefix key, shift-@kbd{Y}, for user-written
31676 extensions to Calc.  There are no built-in commands that work with
31677 this prefix key; you must call @code{define-key} from Lisp (probably
31678 from inside a @code{calc-define} property) to add to it.  Initially only
31679 @kbd{Y ?} is defined; it takes help messages from a list of strings
31680 (initially @code{nil}) in the variable @code{calc-Y-help-msgs}.  All
31681 other undefined keys except for @kbd{Y} are reserved for use by
31682 future versions of Calc.
31684 If you are writing a Calc enhancement which you expect to give to
31685 others, it is best to minimize the number of @kbd{Y}-key sequences
31686 you use.  In fact, if you have more than one key sequence you should
31687 consider defining three-key sequences with a @kbd{Y}, then a key that
31688 stands for your package, then a third key for the particular command
31689 within your package.
31691 Users may wish to install several Calc enhancements, and it is possible
31692 that several enhancements will choose to use the same key.  In the
31693 example below, a variable @code{inc-prec-base-key} has been defined
31694 to contain the key that identifies the @code{inc-prec} package.  Its
31695 value is initially @code{"P"}, but a user can change this variable
31696 if necessary without having to modify the file.
31698 Here is a complete file, @file{inc-prec.el}, which makes a @kbd{Y P I}
31699 command that increases the precision, and a @kbd{Y P D} command that
31700 decreases the precision.
31702 @smallexample
31703 ;;; Increase and decrease Calc precision.  Dave Gillespie, 5/31/91.
31704 ;; (Include copyright or copyleft stuff here.)
31706 (defvar inc-prec-base-key "P"
31707   "Base key for inc-prec.el commands.")
31709 (put 'calc-define 'inc-prec '(progn
31711 (define-key calc-mode-map (format "Y%sI" inc-prec-base-key)
31712             'increase-precision)
31713 (define-key calc-mode-map (format "Y%sD" inc-prec-base-key)
31714             'decrease-precision)
31716 (setq calc-Y-help-msgs
31717       (cons (format "%s + Inc-prec, Dec-prec" inc-prec-base-key)
31718             calc-Y-help-msgs))
31720 (defmath increase-precision (delta)
31721   "Increase precision by DELTA."
31722   (interactive "p")
31723   (setq calc-internal-prec (+ calc-internal-prec delta)))
31725 (defmath decrease-precision (delta)
31726   "Decrease precision by DELTA."
31727   (interactive "p")
31728   (setq calc-internal-prec (- calc-internal-prec delta)))
31730 ))  ; end of calc-define property
31732 (run-hooks 'calc-check-defines)
31733 @end smallexample
31735 @node Defining Stack Commands, Argument Qualifiers, Defining Simple Commands, Lisp Definitions
31736 @subsection Defining New Stack-Based Commands
31738 @noindent
31739 To define a new computational command which takes and/or leaves arguments
31740 on the stack, a special form of @code{interactive} clause is used.
31742 @example
31743 (interactive @var{num} @var{tag})
31744 @end example
31746 @noindent
31747 where @var{num} is an integer, and @var{tag} is a string.  The effect is
31748 to pop @var{num} values off the stack, resimplify them by calling
31749 @code{calc-normalize}, and hand them to your function according to the
31750 function's argument list.  Your function may include @code{&optional} and
31751 @code{&rest} parameters, so long as calling the function with @var{num}
31752 parameters is valid.
31754 Your function must return either a number or a formula in a form
31755 acceptable to Calc, or a list of such numbers or formulas.  These value(s)
31756 are pushed onto the stack when the function completes.  They are also
31757 recorded in the Calc Trail buffer on a line beginning with @var{tag},
31758 a string of (normally) four characters or less.  If you omit @var{tag}
31759 or use @code{nil} as a tag, the result is not recorded in the trail.
31761 As an example, the definition
31763 @smallexample
31764 (defmath myfact (n)
31765   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31766   (interactive 1 "fact")
31767   (if (> n 0)
31768       (* n (myfact (1- n)))
31769     (and (= n 0) 1)))
31770 @end smallexample
31772 @noindent
31773 is a version of the factorial function shown previously which can be used
31774 as a command as well as an algebraic function.  It expands to
31776 @smallexample
31777 (defun calc-myfact ()
31778   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31779   (interactive)
31780   (calc-slow-wrapper
31781    (calc-enter-result 1 "fact"
31782      (cons 'calcFunc-myfact (calc-top-list-n 1)))))
31784 (defun calcFunc-myfact (n)
31785   "Compute the factorial of the integer at the top of the stack."
31786   (if (math-posp n)
31787       (math-mul n (calcFunc-myfact (math-add n -1)))
31788     (and (math-zerop n) 1)))
31789 @end smallexample
31791 @findex calc-slow-wrapper
31792 The @code{calc-slow-wrapper} function is a version of @code{calc-wrapper}
31793 that automatically puts up a @samp{Working...} message before the
31794 computation begins.  (This message can be turned off by the user
31795 with an @kbd{m w} (@code{calc-working}) command.)
31797 @findex calc-top-list-n
31798 The @code{calc-top-list-n} function returns a list of the specified number
31799 of values from the top of the stack.  It resimplifies each value by
31800 calling @code{calc-normalize}.  If its argument is zero it returns an
31801 empty list.  It does not actually remove these values from the stack.
31803 @findex calc-enter-result
31804 The @code{calc-enter-result} function takes an integer @var{num} and string
31805 @var{tag} as described above, plus a third argument which is either a
31806 Calculator data object or a list of such objects.  These objects are
31807 resimplified and pushed onto the stack after popping the specified number
31808 of values from the stack.  If @var{tag} is non-@code{nil}, the values
31809 being pushed are also recorded in the trail.
31811 Note that if @code{calcFunc-myfact} returns @code{nil} this represents
31812 ``leave the function in symbolic form.''  To return an actual empty list,
31813 in the sense that @code{calc-enter-result} will push zero elements back
31814 onto the stack, you should return the special value @samp{'(nil)}, a list
31815 containing the single symbol @code{nil}.
31817 The @code{interactive} declaration can actually contain a limited
31818 Emacs-style code string as well which comes just before @var{num} and
31819 @var{tag}.  Currently the only Emacs code supported is @samp{"p"}, as in
31821 @example
31822 (defmath foo (a b &optional c)
31823   (interactive "p" 2 "foo")
31824   @var{body})
31825 @end example
31827 In this example, the command @code{calc-foo} will evaluate the expression
31828 @samp{foo(a,b)} if executed with no argument, or @samp{foo(a,b,n)} if
31829 executed with a numeric prefix argument of @expr{n}.
31831 The other code string allowed is @samp{"m"} (unrelated to the usual @samp{"m"}
31832 code as used with @code{defun}).  It uses the numeric prefix argument as the
31833 number of objects to remove from the stack and pass to the function.
31834 In this case, the integer @var{num} serves as a default number of
31835 arguments to be used when no prefix is supplied.
31837 @node Argument Qualifiers, Example Definitions, Defining Stack Commands, Lisp Definitions
31838 @subsection Argument Qualifiers
31840 @noindent
31841 Anywhere a parameter name can appear in the parameter list you can also use
31842 an @dfn{argument qualifier}.  Thus the general form of a definition is:
31844 @example
31845 (defmath @var{name} (@var{param} @var{param...}
31846                &optional @var{param} @var{param...}
31847                &rest @var{param})
31848   @var{body})
31849 @end example
31851 @noindent
31852 where each @var{param} is either a symbol or a list of the form
31854 @example
31855 (@var{qual} @var{param})
31856 @end example
31858 The following qualifiers are recognized:
31860 @table @samp
31861 @item complete
31862 @findex complete
31863 The argument must not be an incomplete vector, interval, or complex number.
31864 (This is rarely needed since the Calculator itself will never call your
31865 function with an incomplete argument.  But there is nothing stopping your
31866 own Lisp code from calling your function with an incomplete argument.)
31868 @item integer
31869 @findex integer
31870 The argument must be an integer.  If it is an integer-valued float
31871 it will be accepted but converted to integer form.  Non-integers and
31872 formulas are rejected.
31874 @item natnum
31875 @findex natnum
31876 Like @samp{integer}, but the argument must be non-negative.
31878 @item fixnum
31879 @findex fixnum
31880 Like @samp{integer}, but the argument must fit into a native Lisp integer,
31881 which on most systems means less than 2^23 in absolute value.  The
31882 argument is converted into Lisp-integer form if necessary.
31884 @item float
31885 @findex float
31886 The argument is converted to floating-point format if it is a number or
31887 vector.  If it is a formula it is left alone.  (The argument is never
31888 actually rejected by this qualifier.)
31890 @item @var{pred}
31891 The argument must satisfy predicate @var{pred}, which is one of the
31892 standard Calculator predicates.  @xref{Predicates}.
31894 @item not-@var{pred}
31895 The argument must @emph{not} satisfy predicate @var{pred}.
31896 @end table
31898 For example,
31900 @example
31901 (defmath foo (a (constp (not-matrixp b)) &optional (float c)
31902               &rest (integer d))
31903   @var{body})
31904 @end example
31906 @noindent
31907 expands to
31909 @example
31910 (defun calcFunc-foo (a b &optional c &rest d)
31911   (and (math-matrixp b)
31912        (math-reject-arg b 'not-matrixp))
31913   (or (math-constp b)
31914       (math-reject-arg b 'constp))
31915   (and c (setq c (math-check-float c)))
31916   (setq d (mapcar 'math-check-integer d))
31917   @var{body})
31918 @end example
31920 @noindent
31921 which performs the necessary checks and conversions before executing the
31922 body of the function.
31924 @node Example Definitions, Calling Calc from Your Programs, Argument Qualifiers, Lisp Definitions
31925 @subsection Example Definitions
31927 @noindent
31928 This section includes some Lisp programming examples on a larger scale.
31929 These programs make use of some of the Calculator's internal functions;
31930 @pxref{Internals}.
31932 @menu
31933 * Bit Counting Example::
31934 * Sine Example::
31935 @end menu
31937 @node Bit Counting Example, Sine Example, Example Definitions, Example Definitions
31938 @subsubsection Bit-Counting
31940 @noindent
31941 @ignore
31942 @starindex
31943 @end ignore
31944 @tindex bcount
31945 Calc does not include a built-in function for counting the number of
31946 ``one'' bits in a binary integer.  It's easy to invent one using @kbd{b u}
31947 to convert the integer to a set, and @kbd{V #} to count the elements of
31948 that set; let's write a function that counts the bits without having to
31949 create an intermediate set.
31951 @smallexample
31952 (defmath bcount ((natnum n))
31953   (interactive 1 "bcnt")
31954   (let ((count 0))
31955     (while (> n 0)
31956       (if (oddp n)
31957           (setq count (1+ count)))
31958       (setq n (lsh n -1)))
31959     count))
31960 @end smallexample
31962 @noindent
31963 When this is expanded by @code{defmath}, it will become the following
31964 Emacs Lisp function:
31966 @smallexample
31967 (defun calcFunc-bcount (n)
31968   (setq n (math-check-natnum n))
31969   (let ((count 0))
31970     (while (math-posp n)
31971       (if (math-oddp n)
31972           (setq count (math-add count 1)))
31973       (setq n (calcFunc-lsh n -1)))
31974     count))
31975 @end smallexample
31977 If the input numbers are large, this function involves a fair amount
31978 of arithmetic.  A binary right shift is essentially a division by two;
31979 recall that Calc stores integers in decimal form so bit shifts must
31980 involve actual division.
31982 To gain a bit more efficiency, we could divide the integer into
31983 @var{n}-bit chunks, each of which can be handled quickly because
31984 they fit into Lisp integers.  It turns out that Calc's arithmetic
31985 routines are especially fast when dividing by an integer less than
31986 1000, so we can set @var{n = 9} bits and use repeated division by 512:
31988 @smallexample
31989 (defmath bcount ((natnum n))
31990   (interactive 1 "bcnt")
31991   (let ((count 0))
31992     (while (not (fixnump n))
31993       (let ((qr (idivmod n 512)))
31994         (setq count (+ count (bcount-fixnum (cdr qr)))
31995               n (car qr))))
31996     (+ count (bcount-fixnum n))))
31998 (defun bcount-fixnum (n)
31999   (let ((count 0))
32000     (while (> n 0)
32001       (setq count (+ count (logand n 1))
32002             n (lsh n -1)))
32003     count))
32004 @end smallexample
32006 @noindent
32007 Note that the second function uses @code{defun}, not @code{defmath}.
32008 Because this function deals only with native Lisp integers (``fixnums''),
32009 it can use the actual Emacs @code{+} and related functions rather
32010 than the slower but more general Calc equivalents which @code{defmath}
32011 uses.
32013 The @code{idivmod} function does an integer division, returning both
32014 the quotient and the remainder at once.  Again, note that while it
32015 might seem that @samp{(logand n 511)} and @samp{(lsh n -9)} are
32016 more efficient ways to split off the bottom nine bits of @code{n},
32017 actually they are less efficient because each operation is really
32018 a division by 512 in disguise; @code{idivmod} allows us to do the
32019 same thing with a single division by 512.
32021 @node Sine Example,  , Bit Counting Example, Example Definitions
32022 @subsubsection The Sine Function
32024 @noindent
32025 @ignore
32026 @starindex
32027 @end ignore
32028 @tindex mysin
32029 A somewhat limited sine function could be defined as follows, using the
32030 well-known Taylor series expansion for 
32031 @texline @math{\sin x}:
32032 @infoline @samp{sin(x)}:
32034 @smallexample
32035 (defmath mysin ((float (anglep x)))
32036   (interactive 1 "mysn")
32037   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32038   (let ((sum x)              ; Initial term of Taylor expansion of sin.
32039         newsum
32040         (nfact 1)            ; "nfact" equals "n" factorial at all times.
32041         (xnegsqr :"-(x^2)")) ; "xnegsqr" equals -x^2.
32042     (for ((n 3 100 2))       ; Upper limit of 100 is a good precaution.
32043       (working "mysin" sum)  ; Display "Working" message, if enabled.
32044       (setq nfact (* nfact (1- n) n)
32045             x (* x xnegsqr)
32046             newsum (+ sum (/ x nfact)))
32047       (if (~= newsum sum)    ; If newsum is "nearly equal to" sum,
32048           (break))           ;  then we are done.
32049       (setq sum newsum))
32050     sum))
32051 @end smallexample
32053 The actual @code{sin} function in Calc works by first reducing the problem
32054 to a sine or cosine of a nonnegative number less than @cpiover{4}.  This
32055 ensures that the Taylor series will converge quickly.  Also, the calculation
32056 is carried out with two extra digits of precision to guard against cumulative
32057 round-off in @samp{sum}.  Finally, complex arguments are allowed and handled
32058 by a separate algorithm.
32060 @smallexample
32061 (defmath mysin ((float (scalarp x)))
32062   (interactive 1 "mysn")
32063   (setq x (to-radians x))    ; Convert from current angular mode.
32064   (with-extra-prec 2         ; Evaluate with extra precision.
32065     (cond ((complexp x)
32066            (mysin-complex x))
32067           ((< x 0)
32068            (- (mysin-raw (- x)))    ; Always call mysin-raw with x >= 0.
32069           (t (mysin-raw x))))))
32071 (defmath mysin-raw (x)
32072   (cond ((>= x 7)
32073          (mysin-raw (% x (two-pi))))     ; Now x < 7.
32074         ((> x (pi-over-2))
32075          (- (mysin-raw (- x (pi)))))     ; Now -pi/2 <= x <= pi/2.
32076         ((> x (pi-over-4))
32077          (mycos-raw (- x (pi-over-2))))  ; Now -pi/2 <= x <= pi/4.
32078         ((< x (- (pi-over-4)))
32079          (- (mycos-raw (+ x (pi-over-2)))))  ; Now -pi/4 <= x <= pi/4,
32080         (t (mysin-series x))))           ; so the series will be efficient.
32081 @end smallexample
32083 @noindent
32084 where @code{mysin-complex} is an appropriate function to handle complex
32085 numbers, @code{mysin-series} is the routine to compute the sine Taylor
32086 series as before, and @code{mycos-raw} is a function analogous to
32087 @code{mysin-raw} for cosines.
32089 The strategy is to ensure that @expr{x} is nonnegative before calling
32090 @code{mysin-raw}.  This function then recursively reduces its argument
32091 to a suitable range, namely, plus-or-minus @cpiover{4}.  Note that each
32092 test, and particularly the first comparison against 7, is designed so
32093 that small roundoff errors cannot produce an infinite loop.  (Suppose
32094 we compared with @samp{(two-pi)} instead; if due to roundoff problems
32095 the modulo operator ever returned @samp{(two-pi)} exactly, an infinite
32096 recursion could result!)  We use modulo only for arguments that will
32097 clearly get reduced, knowing that the next rule will catch any reductions
32098 that this rule misses.
32100 If a program is being written for general use, it is important to code
32101 it carefully as shown in this second example.  For quick-and-dirty programs,
32102 when you know that your own use of the sine function will never encounter
32103 a large argument, a simpler program like the first one shown is fine.
32105 @node Calling Calc from Your Programs, Internals, Example Definitions, Lisp Definitions
32106 @subsection Calling Calc from Your Lisp Programs
32108 @noindent
32109 A later section (@pxref{Internals}) gives a full description of
32110 Calc's internal Lisp functions.  It's not hard to call Calc from
32111 inside your programs, but the number of these functions can be daunting.
32112 So Calc provides one special ``programmer-friendly'' function called
32113 @code{calc-eval} that can be made to do just about everything you
32114 need.  It's not as fast as the low-level Calc functions, but it's
32115 much simpler to use!
32117 It may seem that @code{calc-eval} itself has a daunting number of
32118 options, but they all stem from one simple operation.
32120 In its simplest manifestation, @samp{(calc-eval "1+2")} parses the
32121 string @code{"1+2"} as if it were a Calc algebraic entry and returns
32122 the result formatted as a string: @code{"3"}.
32124 Since @code{calc-eval} is on the list of recommended @code{autoload}
32125 functions, you don't need to make any special preparations to load
32126 Calc before calling @code{calc-eval} the first time.  Calc will be
32127 loaded and initialized for you.
32129 All the Calc modes that are currently in effect will be used when
32130 evaluating the expression and formatting the result.
32132 @ifinfo
32133 @example
32135 @end example
32136 @end ifinfo
32137 @subsubsection Additional Arguments to @code{calc-eval}
32139 @noindent
32140 If the input string parses to a list of expressions, Calc returns
32141 the results separated by @code{", "}.  You can specify a different
32142 separator by giving a second string argument to @code{calc-eval}:
32143 @samp{(calc-eval "1+2,3+4" ";")} returns @code{"3;7"}.
32145 The ``separator'' can also be any of several Lisp symbols which
32146 request other behaviors from @code{calc-eval}.  These are discussed
32147 one by one below.
32149 You can give additional arguments to be substituted for
32150 @samp{$}, @samp{$$}, and so on in the main expression.  For
32151 example, @samp{(calc-eval "$/$$" nil "7" "1+1")} evaluates the
32152 expression @code{"7/(1+1)"} to yield the result @code{"3.5"}
32153 (assuming Fraction mode is not in effect).  Note the @code{nil}
32154 used as a placeholder for the item-separator argument.
32156 @ifinfo
32157 @example
32159 @end example
32160 @end ifinfo
32161 @subsubsection Error Handling
32163 @noindent
32164 If @code{calc-eval} encounters an error, it returns a list containing
32165 the character position of the error, plus a suitable message as a
32166 string.  Note that @samp{1 / 0} is @emph{not} an error by Calc's
32167 standards; it simply returns the string @code{"1 / 0"} which is the
32168 division left in symbolic form.  But @samp{(calc-eval "1/")} will
32169 return the list @samp{(2 "Expected a number")}.
32171 If you bind the variable @code{calc-eval-error} to @code{t}
32172 using a @code{let} form surrounding the call to @code{calc-eval},
32173 errors instead call the Emacs @code{error} function which aborts
32174 to the Emacs command loop with a beep and an error message.
32176 If you bind this variable to the symbol @code{string}, error messages
32177 are returned as strings instead of lists.  The character position is
32178 ignored.
32180 As a courtesy to other Lisp code which may be using Calc, be sure
32181 to bind @code{calc-eval-error} using @code{let} rather than changing
32182 it permanently with @code{setq}.
32184 @ifinfo
32185 @example
32187 @end example
32188 @end ifinfo
32189 @subsubsection Numbers Only
32191 @noindent
32192 Sometimes it is preferable to treat @samp{1 / 0} as an error
32193 rather than returning a symbolic result.  If you pass the symbol
32194 @code{num} as the second argument to @code{calc-eval}, results
32195 that are not constants are treated as errors.  The error message
32196 reported is the first @code{calc-why} message if there is one,
32197 or otherwise ``Number expected.''
32199 A result is ``constant'' if it is a number, vector, or other
32200 object that does not include variables or function calls.  If it
32201 is a vector, the components must themselves be constants.
32203 @ifinfo
32204 @example
32206 @end example
32207 @end ifinfo
32208 @subsubsection Default Modes
32210 @noindent
32211 If the first argument to @code{calc-eval} is a list whose first
32212 element is a formula string, then @code{calc-eval} sets all the
32213 various Calc modes to their default values while the formula is
32214 evaluated and formatted.  For example, the precision is set to 12
32215 digits, digit grouping is turned off, and the Normal language
32216 mode is used.
32218 This same principle applies to the other options discussed below.
32219 If the first argument would normally be @var{x}, then it can also
32220 be the list @samp{(@var{x})} to use the default mode settings.
32222 If there are other elements in the list, they are taken as
32223 variable-name/value pairs which override the default mode
32224 settings.  Look at the documentation at the front of the
32225 @file{calc.el} file to find the names of the Lisp variables for
32226 the various modes.  The mode settings are restored to their
32227 original values when @code{calc-eval} is done.
32229 For example, @samp{(calc-eval '("$+$$" calc-internal-prec 8) 'num a b)}
32230 computes the sum of two numbers, requiring a numeric result, and
32231 using default mode settings except that the precision is 8 instead
32232 of the default of 12.
32234 It's usually best to use this form of @code{calc-eval} unless your
32235 program actually considers the interaction with Calc's mode settings
32236 to be a feature.  This will avoid all sorts of potential ``gotchas'';
32237 consider what happens with @samp{(calc-eval "sqrt(2)" 'num)}
32238 when the user has left Calc in Symbolic mode or No-Simplify mode.
32240 As another example, @samp{(equal (calc-eval '("$<$$") nil a b) "1")}
32241 checks if the number in string @expr{a} is less than the one in
32242 string @expr{b}.  Without using a list, the integer 1 might
32243 come out in a variety of formats which would be hard to test for
32244 conveniently: @code{"1"}, @code{"8#1"}, @code{"00001"}.  (But
32245 see ``Predicates'' mode, below.)
32247 @ifinfo
32248 @example
32250 @end example
32251 @end ifinfo
32252 @subsubsection Raw Numbers
32254 @noindent
32255 Normally all input and output for @code{calc-eval} is done with strings.
32256 You can do arithmetic with, say, @samp{(calc-eval "$+$$" nil a b)}
32257 in place of @samp{(+ a b)}, but this is very inefficient since the
32258 numbers must be converted to and from string format as they are passed
32259 from one @code{calc-eval} to the next.
32261 If the separator is the symbol @code{raw}, the result will be returned
32262 as a raw Calc data structure rather than a string.  You can read about
32263 how these objects look in the following sections, but usually you can
32264 treat them as ``black box'' objects with no important internal
32265 structure.
32267 There is also a @code{rawnum} symbol, which is a combination of
32268 @code{raw} (returning a raw Calc object) and @code{num} (signaling
32269 an error if that object is not a constant).
32271 You can pass a raw Calc object to @code{calc-eval} in place of a
32272 string, either as the formula itself or as one of the @samp{$}
32273 arguments.  Thus @samp{(calc-eval "$+$$" 'raw a b)} is an
32274 addition function that operates on raw Calc objects.  Of course
32275 in this case it would be easier to call the low-level @code{math-add}
32276 function in Calc, if you can remember its name.
32278 In particular, note that a plain Lisp integer is acceptable to Calc
32279 as a raw object.  (All Lisp integers are accepted on input, but
32280 integers of more than six decimal digits are converted to ``big-integer''
32281 form for output.  @xref{Data Type Formats}.)
32283 When it comes time to display the object, just use @samp{(calc-eval a)}
32284 to format it as a string.
32286 It is an error if the input expression evaluates to a list of
32287 values.  The separator symbol @code{list} is like @code{raw}
32288 except that it returns a list of one or more raw Calc objects.
32290 Note that a Lisp string is not a valid Calc object, nor is a list
32291 containing a string.  Thus you can still safely distinguish all the
32292 various kinds of error returns discussed above.
32294 @ifinfo
32295 @example
32297 @end example
32298 @end ifinfo
32299 @subsubsection Predicates
32301 @noindent
32302 If the separator symbol is @code{pred}, the result of the formula is
32303 treated as a true/false value; @code{calc-eval} returns @code{t} or
32304 @code{nil}, respectively.  A value is considered ``true'' if it is a
32305 non-zero number, or false if it is zero or if it is not a number.
32307 For example, @samp{(calc-eval "$<$$" 'pred a b)} tests whether
32308 one value is less than another.
32310 As usual, it is also possible for @code{calc-eval} to return one of
32311 the error indicators described above.  Lisp will interpret such an
32312 indicator as ``true'' if you don't check for it explicitly.  If you
32313 wish to have an error register as ``false'', use something like
32314 @samp{(eq (calc-eval ...) t)}.
32316 @ifinfo
32317 @example
32319 @end example
32320 @end ifinfo
32321 @subsubsection Variable Values
32323 @noindent
32324 Variables in the formula passed to @code{calc-eval} are not normally
32325 replaced by their values.  If you wish this, you can use the
32326 @code{evalv} function (@pxref{Algebraic Manipulation}).  For example,
32327 if 4 is stored in Calc variable @code{a} (i.e., in Lisp variable
32328 @code{var-a}), then @samp{(calc-eval "a+pi")} will return the
32329 formula @code{"a + pi"}, but @samp{(calc-eval "evalv(a+pi)")}
32330 will return @code{"7.14159265359"}.
32332 To store in a Calc variable, just use @code{setq} to store in the
32333 corresponding Lisp variable.  (This is obtained by prepending
32334 @samp{var-} to the Calc variable name.)  Calc routines will
32335 understand either string or raw form values stored in variables,
32336 although raw data objects are much more efficient.  For example,
32337 to increment the Calc variable @code{a}:
32339 @example
32340 (setq var-a (calc-eval "evalv(a+1)" 'raw))
32341 @end example
32343 @ifinfo
32344 @example
32346 @end example
32347 @end ifinfo
32348 @subsubsection Stack Access
32350 @noindent
32351 If the separator symbol is @code{push}, the formula argument is
32352 evaluated (with possible @samp{$} expansions, as usual).  The
32353 result is pushed onto the Calc stack.  The return value is @code{nil}
32354 (unless there is an error from evaluating the formula, in which
32355 case the return value depends on @code{calc-eval-error} in the
32356 usual way).
32358 If the separator symbol is @code{pop}, the first argument to
32359 @code{calc-eval} must be an integer instead of a string.  That
32360 many values are popped from the stack and thrown away.  A negative
32361 argument deletes the entry at that stack level.  The return value
32362 is the number of elements remaining in the stack after popping;
32363 @samp{(calc-eval 0 'pop)} is a good way to measure the size of
32364 the stack.
32366 If the separator symbol is @code{top}, the first argument to
32367 @code{calc-eval} must again be an integer.  The value at that
32368 stack level is formatted as a string and returned.  Thus
32369 @samp{(calc-eval 1 'top)} returns the top-of-stack value.  If the
32370 integer is out of range, @code{nil} is returned.
32372 The separator symbol @code{rawtop} is just like @code{top} except
32373 that the stack entry is returned as a raw Calc object instead of
32374 as a string.
32376 In all of these cases the first argument can be made a list in
32377 order to force the default mode settings, as described above.
32378 Thus @samp{(calc-eval '(2 calc-number-radix 16) 'top)} returns the
32379 second-to-top stack entry, formatted as a string using the default
32380 instead of current display modes, except that the radix is
32381 hexadecimal instead of decimal.
32383 It is, of course, polite to put the Calc stack back the way you
32384 found it when you are done, unless the user of your program is
32385 actually expecting it to affect the stack.
32387 Note that you do not actually have to switch into the @samp{*Calculator*}
32388 buffer in order to use @code{calc-eval}; it temporarily switches into
32389 the stack buffer if necessary.
32391 @ifinfo
32392 @example
32394 @end example
32395 @end ifinfo
32396 @subsubsection Keyboard Macros
32398 @noindent
32399 If the separator symbol is @code{macro}, the first argument must be a
32400 string of characters which Calc can execute as a sequence of keystrokes.
32401 This switches into the Calc buffer for the duration of the macro.
32402 For example, @samp{(calc-eval "vx5\rVR+" 'macro)} pushes the
32403 vector @samp{[1,2,3,4,5]} on the stack and then replaces it
32404 with the sum of those numbers.  Note that @samp{\r} is the Lisp
32405 notation for the carriage-return, @key{RET}, character.
32407 If your keyboard macro wishes to pop the stack, @samp{\C-d} is
32408 safer than @samp{\177} (the @key{DEL} character) because some
32409 installations may have switched the meanings of @key{DEL} and
32410 @kbd{C-h}.  Calc always interprets @kbd{C-d} as a synonym for
32411 ``pop-stack'' regardless of key mapping.
32413 If you provide a third argument to @code{calc-eval}, evaluation
32414 of the keyboard macro will leave a record in the Trail using
32415 that argument as a tag string.  Normally the Trail is unaffected.
32417 The return value in this case is always @code{nil}.
32419 @ifinfo
32420 @example
32422 @end example
32423 @end ifinfo
32424 @subsubsection Lisp Evaluation
32426 @noindent
32427 Finally, if the separator symbol is @code{eval}, then the Lisp
32428 @code{eval} function is called on the first argument, which must
32429 be a Lisp expression rather than a Calc formula.  Remember to
32430 quote the expression so that it is not evaluated until inside
32431 @code{calc-eval}.
32433 The difference from plain @code{eval} is that @code{calc-eval}
32434 switches to the Calc buffer before evaluating the expression.
32435 For example, @samp{(calc-eval '(setq calc-internal-prec 17) 'eval)}
32436 will correctly affect the buffer-local Calc precision variable.
32438 An alternative would be @samp{(calc-eval '(calc-precision 17) 'eval)}.
32439 This is evaluating a call to the function that is normally invoked
32440 by the @kbd{p} key, giving it 17 as its ``numeric prefix argument.''
32441 Note that this function will leave a message in the echo area as
32442 a side effect.  Also, all Calc functions switch to the Calc buffer
32443 automatically if not invoked from there, so the above call is
32444 also equivalent to @samp{(calc-precision 17)} by itself.
32445 In all cases, Calc uses @code{save-excursion} to switch back to
32446 your original buffer when it is done.
32448 As usual the first argument can be a list that begins with a Lisp
32449 expression to use default instead of current mode settings.
32451 The result of @code{calc-eval} in this usage is just the result
32452 returned by the evaluated Lisp expression.
32454 @ifinfo
32455 @example
32457 @end example
32458 @end ifinfo
32459 @subsubsection Example
32461 @noindent
32462 @findex convert-temp
32463 Here is a sample Emacs command that uses @code{calc-eval}.  Suppose
32464 you have a document with lots of references to temperatures on the
32465 Fahrenheit scale, say ``98.6 F'', and you wish to convert these
32466 references to Centigrade.  The following command does this conversion.
32467 Place the Emacs cursor right after the letter ``F'' and invoke the
32468 command to change ``98.6 F'' to ``37 C''.  Or, if the temperature is
32469 already in Centigrade form, the command changes it back to Fahrenheit.
32471 @example
32472 (defun convert-temp ()
32473   (interactive)
32474   (save-excursion
32475     (re-search-backward "[^-.0-9]\\([-.0-9]+\\) *\\([FC]\\)")
32476     (let* ((top1 (match-beginning 1))
32477            (bot1 (match-end 1))
32478            (number (buffer-substring top1 bot1))
32479            (top2 (match-beginning 2))
32480            (bot2 (match-end 2))
32481            (type (buffer-substring top2 bot2)))
32482       (if (equal type "F")
32483           (setq type "C"
32484                 number (calc-eval "($ - 32)*5/9" nil number))
32485         (setq type "F"
32486               number (calc-eval "$*9/5 + 32" nil number)))
32487       (goto-char top2)
32488       (delete-region top2 bot2)
32489       (insert-before-markers type)
32490       (goto-char top1)
32491       (delete-region top1 bot1)
32492       (if (string-match "\\.$" number)   ; change "37." to "37"
32493           (setq number (substring number 0 -1)))
32494       (insert number))))
32495 @end example
32497 Note the use of @code{insert-before-markers} when changing between
32498 ``F'' and ``C'', so that the character winds up before the cursor
32499 instead of after it.
32501 @node Internals,  , Calling Calc from Your Programs, Lisp Definitions
32502 @subsection Calculator Internals
32504 @noindent
32505 This section describes the Lisp functions defined by the Calculator that
32506 may be of use to user-written Calculator programs (as described in the
32507 rest of this chapter).  These functions are shown by their names as they
32508 conventionally appear in @code{defmath}.  Their full Lisp names are
32509 generally gotten by prepending @samp{calcFunc-} or @samp{math-} to their
32510 apparent names.  (Names that begin with @samp{calc-} are already in
32511 their full Lisp form.)  You can use the actual full names instead if you
32512 prefer them, or if you are calling these functions from regular Lisp.
32514 The functions described here are scattered throughout the various
32515 Calc component files.  Note that @file{calc.el} includes @code{autoload}s
32516 for only a few component files; when Calc wants to call an advanced
32517 function it calls @samp{(calc-extensions)} first; this function
32518 autoloads @file{calc-ext.el}, which in turn autoloads all the functions
32519 in the remaining component files.
32521 Because @code{defmath} itself uses the extensions, user-written code
32522 generally always executes with the extensions already loaded, so
32523 normally you can use any Calc function and be confident that it will
32524 be autoloaded for you when necessary.  If you are doing something
32525 special, check carefully to make sure each function you are using is
32526 from @file{calc.el} or its components, and call @samp{(calc-extensions)}
32527 before using any function based in @file{calc-ext.el} if you can't
32528 prove this file will already be loaded.
32530 @menu
32531 * Data Type Formats::
32532 * Interactive Lisp Functions::
32533 * Stack Lisp Functions::
32534 * Predicates::
32535 * Computational Lisp Functions::
32536 * Vector Lisp Functions::
32537 * Symbolic Lisp Functions::
32538 * Formatting Lisp Functions::
32539 * Hooks::
32540 @end menu
32542 @node Data Type Formats, Interactive Lisp Functions, Internals, Internals
32543 @subsubsection Data Type Formats
32545 @noindent
32546 Integers are stored in either of two ways, depending on their magnitude.
32547 Integers less than one million in absolute value are stored as standard
32548 Lisp integers.  This is the only storage format for Calc data objects
32549 which is not a Lisp list.
32551 Large integers are stored as lists of the form @samp{(bigpos @var{d0}
32552 @var{d1} @var{d2} @dots{})} for positive integers 1000000 or more, or
32553 @samp{(bigneg @var{d0} @var{d1} @var{d2} @dots{})} for negative integers
32554 @mathit{-1000000} or less.  Each @var{d} is a base-1000 ``digit,'' a Lisp integer
32555 from 0 to 999.  The least significant digit is @var{d0}; the last digit,
32556 @var{dn}, which is always nonzero, is the most significant digit.  For
32557 example, the integer @mathit{-12345678} is stored as @samp{(bigneg 678 345 12)}.
32559 The distinction between small and large integers is entirely hidden from
32560 the user.  In @code{defmath} definitions, the Lisp predicate @code{integerp}
32561 returns true for either kind of integer, and in general both big and small
32562 integers are accepted anywhere the word ``integer'' is used in this manual.
32563 If the distinction must be made, native Lisp integers are called @dfn{fixnums}
32564 and large integers are called @dfn{bignums}.
32566 Fractions are stored as a list of the form, @samp{(frac @var{n} @var{d})}
32567 where @var{n} is an integer (big or small) numerator, @var{d} is an
32568 integer denominator greater than one, and @var{n} and @var{d} are relatively
32569 prime.  Note that fractions where @var{d} is one are automatically converted
32570 to plain integers by all math routines; fractions where @var{d} is negative
32571 are normalized by negating the numerator and denominator.
32573 Floating-point numbers are stored in the form, @samp{(float @var{mant}
32574 @var{exp})}, where @var{mant} (the ``mantissa'') is an integer less than
32575 @samp{10^@var{p}} in absolute value (@var{p} represents the current
32576 precision), and @var{exp} (the ``exponent'') is a fixnum.  The value of
32577 the float is @samp{@var{mant} * 10^@var{exp}}.  For example, the number
32578 @mathit{-3.14} is stored as @samp{(float -314 -2) = -314*10^-2}.  Other constraints
32579 are that the number 0.0 is always stored as @samp{(float 0 0)}, and,
32580 except for the 0.0 case, the rightmost base-10 digit of @var{mant} is
32581 always nonzero.  (If the rightmost digit is zero, the number is
32582 rearranged by dividing @var{mant} by ten and incrementing @var{exp}.)
32584 Rectangular complex numbers are stored in the form @samp{(cplx @var{re}
32585 @var{im})}, where @var{re} and @var{im} are each real numbers, either
32586 integers, fractions, or floats.  The value is @samp{@var{re} + @var{im}i}.
32587 The @var{im} part is nonzero; complex numbers with zero imaginary
32588 components are converted to real numbers automatically.
32590 Polar complex numbers are stored in the form @samp{(polar @var{r}
32591 @var{theta})}, where @var{r} is a positive real value and @var{theta}
32592 is a real value or HMS form representing an angle.  This angle is
32593 usually normalized to lie in the interval @samp{(-180 ..@: 180)} degrees,
32594 or @samp{(-pi ..@: pi)} radians, according to the current angular mode.
32595 If the angle is 0 the value is converted to a real number automatically.
32596 (If the angle is 180 degrees, the value is usually also converted to a
32597 negative real number.)
32599 Hours-minutes-seconds forms are stored as @samp{(hms @var{h} @var{m}
32600 @var{s})}, where @var{h} is an integer or an integer-valued float (i.e.,
32601 a float with @samp{@var{exp} >= 0}), @var{m} is an integer or integer-valued
32602 float in the range @w{@samp{[0 ..@: 60)}}, and @var{s} is any real number
32603 in the range @samp{[0 ..@: 60)}.
32605 Date forms are stored as @samp{(date @var{n})}, where @var{n} is
32606 a real number that counts days since midnight on the morning of
32607 January 1, 1 AD.  If @var{n} is an integer, this is a pure date
32608 form.  If @var{n} is a fraction or float, this is a date/time form.
32610 Modulo forms are stored as @samp{(mod @var{n} @var{m})}, where @var{m} is a
32611 positive real number or HMS form, and @var{n} is a real number or HMS
32612 form in the range @samp{[0 ..@: @var{m})}.
32614 Error forms are stored as @samp{(sdev @var{x} @var{sigma})}, where @var{x}
32615 is the mean value and @var{sigma} is the standard deviation.  Each
32616 component is either a number, an HMS form, or a symbolic object
32617 (a variable or function call).  If @var{sigma} is zero, the value is
32618 converted to a plain real number.  If @var{sigma} is negative or
32619 complex, it is automatically normalized to be a positive real.
32621 Interval forms are stored as @samp{(intv @var{mask} @var{lo} @var{hi})},
32622 where @var{mask} is one of the integers 0, 1, 2, or 3, and @var{lo} and
32623 @var{hi} are real numbers, HMS forms, or symbolic objects.  The @var{mask}
32624 is a binary integer where 1 represents the fact that the interval is
32625 closed on the high end, and 2 represents the fact that it is closed on
32626 the low end.  (Thus 3 represents a fully closed interval.)  The interval
32627 @w{@samp{(intv 3 @var{x} @var{x})}} is converted to the plain number @var{x};
32628 intervals @samp{(intv @var{mask} @var{x} @var{x})} for any other @var{mask}
32629 represent empty intervals.  If @var{hi} is less than @var{lo}, the interval
32630 is converted to a standard empty interval by replacing @var{hi} with @var{lo}.
32632 Vectors are stored as @samp{(vec @var{v1} @var{v2} @dots{})}, where @var{v1}
32633 is the first element of the vector, @var{v2} is the second, and so on.
32634 An empty vector is stored as @samp{(vec)}.  A matrix is simply a vector
32635 where all @var{v}'s are themselves vectors of equal lengths.  Note that
32636 Calc vectors are unrelated to the Emacs Lisp ``vector'' type, which is
32637 generally unused by Calc data structures.
32639 Variables are stored as @samp{(var @var{name} @var{sym})}, where
32640 @var{name} is a Lisp symbol whose print name is used as the visible name
32641 of the variable, and @var{sym} is a Lisp symbol in which the variable's
32642 value is actually stored.  Thus, @samp{(var pi var-pi)} represents the
32643 special constant @samp{pi}.  Almost always, the form is @samp{(var
32644 @var{v} var-@var{v})}.  If the variable name was entered with @code{#}
32645 signs (which are converted to hyphens internally), the form is
32646 @samp{(var @var{u} @var{v})}, where @var{u} is a symbol whose name
32647 contains @code{#} characters, and @var{v} is a symbol that contains
32648 @code{-} characters instead.  The value of a variable is the Calc
32649 object stored in its @var{sym} symbol's value cell.  If the symbol's
32650 value cell is void or if it contains @code{nil}, the variable has no
32651 value.  Special constants have the form @samp{(special-const
32652 @var{value})} stored in their value cell, where @var{value} is a formula
32653 which is evaluated when the constant's value is requested.  Variables
32654 which represent units are not stored in any special way; they are units
32655 only because their names appear in the units table.  If the value
32656 cell contains a string, it is parsed to get the variable's value when
32657 the variable is used.
32659 A Lisp list with any other symbol as the first element is a function call.
32660 The symbols @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, @code{^},
32661 and @code{|} represent special binary operators; these lists are always
32662 of the form @samp{(@var{op} @var{lhs} @var{rhs})} where @var{lhs} is the
32663 sub-formula on the lefthand side and @var{rhs} is the sub-formula on the
32664 right.  The symbol @code{neg} represents unary negation; this list is always
32665 of the form @samp{(neg @var{arg})}.  Any other symbol @var{func} represents a
32666 function that would be displayed in function-call notation; the symbol
32667 @var{func} is in general always of the form @samp{calcFunc-@var{name}}.
32668 The function cell of the symbol @var{func} should contain a Lisp function
32669 for evaluating a call to @var{func}.  This function is passed the remaining
32670 elements of the list (themselves already evaluated) as arguments; such
32671 functions should return @code{nil} or call @code{reject-arg} to signify
32672 that they should be left in symbolic form, or they should return a Calc
32673 object which represents their value, or a list of such objects if they
32674 wish to return multiple values.  (The latter case is allowed only for
32675 functions which are the outer-level call in an expression whose value is
32676 about to be pushed on the stack; this feature is considered obsolete
32677 and is not used by any built-in Calc functions.)
32679 @node Interactive Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Data Type Formats, Internals
32680 @subsubsection Interactive Functions
32682 @noindent
32683 The functions described here are used in implementing interactive Calc
32684 commands.  Note that this list is not exhaustive!  If there is an
32685 existing command that behaves similarly to the one you want to define,
32686 you may find helpful tricks by checking the source code for that command.
32688 @defun calc-set-command-flag flag
32689 Set the command flag @var{flag}.  This is generally a Lisp symbol, but
32690 may in fact be anything.  The effect is to add @var{flag} to the list
32691 stored in the variable @code{calc-command-flags}, unless it is already
32692 there.  @xref{Defining Simple Commands}.
32693 @end defun
32695 @defun calc-clear-command-flag flag
32696 If @var{flag} appears among the list of currently-set command flags,
32697 remove it from that list.
32698 @end defun
32700 @defun calc-record-undo rec
32701 Add the ``undo record'' @var{rec} to the list of steps to take if the
32702 current operation should need to be undone.  Stack push and pop functions
32703 automatically call @code{calc-record-undo}, so the kinds of undo records
32704 you might need to create take the form @samp{(set @var{sym} @var{value})},
32705 which says that the Lisp variable @var{sym} was changed and had previously
32706 contained @var{value}; @samp{(store @var{var} @var{value})} which says that
32707 the Calc variable @var{var} (a string which is the name of the symbol that
32708 contains the variable's value) was stored and its previous value was
32709 @var{value} (either a Calc data object, or @code{nil} if the variable was
32710 previously void); or @samp{(eval @var{undo} @var{redo} @var{args} @dots{})},
32711 which means that to undo requires calling the function @samp{(@var{undo}
32712 @var{args} @dots{})} and, if the undo is later redone, calling
32713 @samp{(@var{redo} @var{args} @dots{})}.
32714 @end defun
32716 @defun calc-record-why msg args
32717 Record the error or warning message @var{msg}, which is normally a string.
32718 This message will be replayed if the user types @kbd{w} (@code{calc-why});
32719 if the message string begins with a @samp{*}, it is considered important
32720 enough to display even if the user doesn't type @kbd{w}.  If one or more
32721 @var{args} are present, the displayed message will be of the form,
32722 @samp{@var{msg}: @var{arg1}, @var{arg2}, @dots{}}, where the arguments are
32723 formatted on the assumption that they are either strings or Calc objects of
32724 some sort.  If @var{msg} is a symbol, it is the name of a Calc predicate
32725 (such as @code{integerp} or @code{numvecp}) which the arguments did not
32726 satisfy; it is expanded to a suitable string such as ``Expected an
32727 integer.''  The @code{reject-arg} function calls @code{calc-record-why}
32728 automatically; @pxref{Predicates}.
32729 @end defun
32731 @defun calc-is-inverse
32732 This predicate returns true if the current command is inverse,
32733 i.e., if the Inverse (@kbd{I} key) flag was set.
32734 @end defun
32736 @defun calc-is-hyperbolic
32737 This predicate is the analogous function for the @kbd{H} key.
32738 @end defun
32740 @node Stack Lisp Functions, Predicates, Interactive Lisp Functions, Internals
32741 @subsubsection Stack-Oriented Functions
32743 @noindent
32744 The functions described here perform various operations on the Calc
32745 stack and trail.  They are to be used in interactive Calc commands.
32747 @defun calc-push-list vals n
32748 Push the Calc objects in list @var{vals} onto the stack at stack level
32749 @var{n}.  If @var{n} is omitted it defaults to 1, so that the elements
32750 are pushed at the top of the stack.  If @var{n} is greater than 1, the
32751 elements will be inserted into the stack so that the last element will
32752 end up at level @var{n}, the next-to-last at level @var{n}+1, etc.
32753 The elements of @var{vals} are assumed to be valid Calc objects, and
32754 are not evaluated, rounded, or renormalized in any way.  If @var{vals}
32755 is an empty list, nothing happens.
32757 The stack elements are pushed without any sub-formula selections.
32758 You can give an optional third argument to this function, which must
32759 be a list the same size as @var{vals} of selections.  Each selection
32760 must be @code{eq} to some sub-formula of the corresponding formula
32761 in @var{vals}, or @code{nil} if that formula should have no selection.
32762 @end defun
32764 @defun calc-top-list n m
32765 Return a list of the @var{n} objects starting at level @var{m} of the
32766 stack.  If @var{m} is omitted it defaults to 1, so that the elements are
32767 taken from the top of the stack.  If @var{n} is omitted, it also
32768 defaults to 1, so that the top stack element (in the form of a
32769 one-element list) is returned.  If @var{m} is greater than 1, the
32770 @var{m}th stack element will be at the end of the list, the @var{m}+1st
32771 element will be next-to-last, etc.  If @var{n} or @var{m} are out of
32772 range, the command is aborted with a suitable error message.  If @var{n}
32773 is zero, the function returns an empty list.  The stack elements are not
32774 evaluated, rounded, or renormalized.
32776 If any stack elements contain selections, and selections have not
32777 been disabled by the @kbd{j e} (@code{calc-enable-selections}) command,
32778 this function returns the selected portions rather than the entire
32779 stack elements.  It can be given a third ``selection-mode'' argument
32780 which selects other behaviors.  If it is the symbol @code{t}, then
32781 a selection in any of the requested stack elements produces an
32782 ``invalid operation on selections'' error.  If it is the symbol @code{full},
32783 the whole stack entry is always returned regardless of selections.
32784 If it is the symbol @code{sel}, the selected portion is always returned,
32785 or @code{nil} if there is no selection.  (This mode ignores the @kbd{j e}
32786 command.)  If the symbol is @code{entry}, the complete stack entry in
32787 list form is returned; the first element of this list will be the whole
32788 formula, and the third element will be the selection (or @code{nil}).
32789 @end defun
32791 @defun calc-pop-stack n m
32792 Remove the specified elements from the stack.  The parameters @var{n}
32793 and @var{m} are defined the same as for @code{calc-top-list}.  The return
32794 value of @code{calc-pop-stack} is uninteresting.
32796 If there are any selected sub-formulas among the popped elements, and
32797 @kbd{j e} has not been used to disable selections, this produces an
32798 error without changing the stack.  If you supply an optional third
32799 argument of @code{t}, the stack elements are popped even if they
32800 contain selections.
32801 @end defun
32803 @defun calc-record-list vals tag
32804 This function records one or more results in the trail.  The @var{vals}
32805 are a list of strings or Calc objects.  The @var{tag} is the four-character
32806 tag string to identify the values.  If @var{tag} is omitted, a blank tag
32807 will be used.
32808 @end defun
32810 @defun calc-normalize n
32811 This function takes a Calc object and ``normalizes'' it.  At the very
32812 least this involves re-rounding floating-point values according to the
32813 current precision and other similar jobs.  Also, unless the user has
32814 selected No-Simplify mode (@pxref{Simplification Modes}), this involves
32815 actually evaluating a formula object by executing the function calls
32816 it contains, and possibly also doing algebraic simplification, etc.
32817 @end defun
32819 @defun calc-top-list-n n m
32820 This function is identical to @code{calc-top-list}, except that it calls
32821 @code{calc-normalize} on the values that it takes from the stack.  They
32822 are also passed through @code{check-complete}, so that incomplete
32823 objects will be rejected with an error message.  All computational
32824 commands should use this in preference to @code{calc-top-list}; the only
32825 standard Calc commands that operate on the stack without normalizing
32826 are stack management commands like @code{calc-enter} and @code{calc-roll-up}.
32827 This function accepts the same optional selection-mode argument as
32828 @code{calc-top-list}.
32829 @end defun
32831 @defun calc-top-n m
32832 This function is a convenient form of @code{calc-top-list-n} in which only
32833 a single element of the stack is taken and returned, rather than a list
32834 of elements.  This also accepts an optional selection-mode argument.
32835 @end defun
32837 @defun calc-enter-result n tag vals
32838 This function is a convenient interface to most of the above functions.
32839 The @var{vals} argument should be either a single Calc object, or a list
32840 of Calc objects; the object or objects are normalized, and the top @var{n}
32841 stack entries are replaced by the normalized objects.  If @var{tag} is
32842 non-@code{nil}, the normalized objects are also recorded in the trail.
32843 A typical stack-based computational command would take the form,
32845 @smallexample
32846 (calc-enter-result @var{n} @var{tag} (cons 'calcFunc-@var{func}
32847                                (calc-top-list-n @var{n})))
32848 @end smallexample
32850 If any of the @var{n} stack elements replaced contain sub-formula
32851 selections, and selections have not been disabled by @kbd{j e},
32852 this function takes one of two courses of action.  If @var{n} is
32853 equal to the number of elements in @var{vals}, then each element of
32854 @var{vals} is spliced into the corresponding selection; this is what
32855 happens when you use the @key{TAB} key, or when you use a unary
32856 arithmetic operation like @code{sqrt}.  If @var{vals} has only one
32857 element but @var{n} is greater than one, there must be only one
32858 selection among the top @var{n} stack elements; the element from
32859 @var{vals} is spliced into that selection.  This is what happens when
32860 you use a binary arithmetic operation like @kbd{+}.  Any other
32861 combination of @var{n} and @var{vals} is an error when selections
32862 are present.
32863 @end defun
32865 @defun calc-unary-op tag func arg
32866 This function implements a unary operator that allows a numeric prefix
32867 argument to apply the operator over many stack entries.  If the prefix
32868 argument @var{arg} is @code{nil}, this uses @code{calc-enter-result}
32869 as outlined above.  Otherwise, it maps the function over several stack
32870 elements; @pxref{Prefix Arguments}.  For example,
32872 @smallexample
32873 (defun calc-zeta (arg)
32874   (interactive "P")
32875   (calc-unary-op "zeta" 'calcFunc-zeta arg))
32876 @end smallexample
32877 @end defun
32879 @defun calc-binary-op tag func arg ident unary
32880 This function implements a binary operator, analogously to
32881 @code{calc-unary-op}.  The optional @var{ident} and @var{unary}
32882 arguments specify the behavior when the prefix argument is zero or
32883 one, respectively.  If the prefix is zero, the value @var{ident}
32884 is pushed onto the stack, if specified, otherwise an error message
32885 is displayed.  If the prefix is one, the unary function @var{unary}
32886 is applied to the top stack element, or, if @var{unary} is not
32887 specified, nothing happens.  When the argument is two or more,
32888 the binary function @var{func} is reduced across the top @var{arg}
32889 stack elements; when the argument is negative, the function is
32890 mapped between the next-to-top @mathit{-@var{arg}} stack elements and the
32891 top element.
32892 @end defun
32894 @defun calc-stack-size
32895 Return the number of elements on the stack as an integer.  This count
32896 does not include elements that have been temporarily hidden by stack
32897 truncation; @pxref{Truncating the Stack}.
32898 @end defun
32900 @defun calc-cursor-stack-index n
32901 Move the point to the @var{n}th stack entry.  If @var{n} is zero, this
32902 will be the @samp{.} line.  If @var{n} is from 1 to the current stack size,
32903 this will be the beginning of the first line of that stack entry's display.
32904 If line numbers are enabled, this will move to the first character of the
32905 line number, not the stack entry itself.
32906 @end defun
32908 @defun calc-substack-height n
32909 Return the number of lines between the beginning of the @var{n}th stack
32910 entry and the bottom of the buffer.  If @var{n} is zero, this
32911 will be one (assuming no stack truncation).  If all stack entries are
32912 one line long (i.e., no matrices are displayed), the return value will
32913 be equal @var{n}+1 as long as @var{n} is in range.  (Note that in Big
32914 mode, the return value includes the blank lines that separate stack
32915 entries.)
32916 @end defun
32918 @defun calc-refresh
32919 Erase the @code{*Calculator*} buffer and reformat its contents from memory.
32920 This must be called after changing any parameter, such as the current
32921 display radix, which might change the appearance of existing stack
32922 entries.  (During a keyboard macro invoked by the @kbd{X} key, refreshing
32923 is suppressed, but a flag is set so that the entire stack will be refreshed
32924 rather than just the top few elements when the macro finishes.)
32925 @end defun
32927 @node Predicates, Computational Lisp Functions, Stack Lisp Functions, Internals
32928 @subsubsection Predicates
32930 @noindent
32931 The functions described here are predicates, that is, they return a
32932 true/false value where @code{nil} means false and anything else means
32933 true.  These predicates are expanded by @code{defmath}, for example,
32934 from @code{zerop} to @code{math-zerop}.  In many cases they correspond
32935 to native Lisp functions by the same name, but are extended to cover
32936 the full range of Calc data types.
32938 @defun zerop x
32939 Returns true if @var{x} is numerically zero, in any of the Calc data
32940 types.  (Note that for some types, such as error forms and intervals,
32941 it never makes sense to return true.)  In @code{defmath}, the expression
32942 @samp{(= x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-zerop x)},
32943 and @samp{(/= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-zerop x))}.
32944 @end defun
32946 @defun negp x
32947 Returns true if @var{x} is negative.  This accepts negative real numbers
32948 of various types, negative HMS and date forms, and intervals in which
32949 all included values are negative.  In @code{defmath}, the expression
32950 @samp{(< x 0)} will automatically be converted to @samp{(math-negp x)},
32951 and @samp{(>= x 0)} will be converted to @samp{(not (math-negp x))}.
32952 @end defun
32954 @defun posp x
32955 Returns true if @var{x} is positive (and non-zero).  For complex
32956 numbers, none of these three predicates will return true.
32957 @end defun
32959 @defun looks-negp x
32960 Returns true if @var{x} is ``negative-looking.''  This returns true if
32961 @var{x} is a negative number, or a formula with a leading minus sign
32962 such as @samp{-a/b}.  In other words, this is an object which can be
32963 made simpler by calling @code{(- @var{x})}.
32964 @end defun
32966 @defun integerp x
32967 Returns true if @var{x} is an integer of any size.
32968 @end defun
32970 @defun fixnump x
32971 Returns true if @var{x} is a native Lisp integer.
32972 @end defun
32974 @defun natnump x
32975 Returns true if @var{x} is a nonnegative integer of any size.
32976 @end defun
32978 @defun fixnatnump x
32979 Returns true if @var{x} is a nonnegative Lisp integer.
32980 @end defun
32982 @defun num-integerp x
32983 Returns true if @var{x} is numerically an integer, i.e., either a
32984 true integer or a float with no significant digits to the right of
32985 the decimal point.
32986 @end defun
32988 @defun messy-integerp x
32989 Returns true if @var{x} is numerically, but not literally, an integer.
32990 A value is @code{num-integerp} if it is @code{integerp} or
32991 @code{messy-integerp} (but it is never both at once).
32992 @end defun
32994 @defun num-natnump x
32995 Returns true if @var{x} is numerically a nonnegative integer.
32996 @end defun
32998 @defun evenp x
32999 Returns true if @var{x} is an even integer.
33000 @end defun
33002 @defun looks-evenp x
33003 Returns true if @var{x} is an even integer, or a formula with a leading
33004 multiplicative coefficient which is an even integer.
33005 @end defun
33007 @defun oddp x
33008 Returns true if @var{x} is an odd integer.
33009 @end defun
33011 @defun ratp x
33012 Returns true if @var{x} is a rational number, i.e., an integer or a
33013 fraction.
33014 @end defun
33016 @defun realp x
33017 Returns true if @var{x} is a real number, i.e., an integer, fraction,
33018 or floating-point number.
33019 @end defun
33021 @defun anglep x
33022 Returns true if @var{x} is a real number or HMS form.
33023 @end defun
33025 @defun floatp x
33026 Returns true if @var{x} is a float, or a complex number, error form,
33027 interval, date form, or modulo form in which at least one component
33028 is a float.
33029 @end defun
33031 @defun complexp x
33032 Returns true if @var{x} is a rectangular or polar complex number
33033 (but not a real number).
33034 @end defun
33036 @defun rect-complexp x
33037 Returns true if @var{x} is a rectangular complex number.
33038 @end defun
33040 @defun polar-complexp x
33041 Returns true if @var{x} is a polar complex number.
33042 @end defun
33044 @defun numberp x
33045 Returns true if @var{x} is a real number or a complex number.
33046 @end defun
33048 @defun scalarp x
33049 Returns true if @var{x} is a real or complex number or an HMS form.
33050 @end defun
33052 @defun vectorp x
33053 Returns true if @var{x} is a vector (this simply checks if its argument
33054 is a list whose first element is the symbol @code{vec}).
33055 @end defun
33057 @defun numvecp x
33058 Returns true if @var{x} is a number or vector.
33059 @end defun
33061 @defun matrixp x
33062 Returns true if @var{x} is a matrix, i.e., a vector of one or more vectors,
33063 all of the same size.
33064 @end defun
33066 @defun square-matrixp x
33067 Returns true if @var{x} is a square matrix.
33068 @end defun
33070 @defun objectp x
33071 Returns true if @var{x} is any numeric Calc object, including real and
33072 complex numbers, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33073 modulo forms.  (Note that error forms and intervals may include formulas
33074 as their components; see @code{constp} below.)
33075 @end defun
33077 @defun objvecp x
33078 Returns true if @var{x} is an object or a vector.  This also accepts
33079 incomplete objects, but it rejects variables and formulas (except as
33080 mentioned above for @code{objectp}).
33081 @end defun
33083 @defun primp x
33084 Returns true if @var{x} is a ``primitive'' or ``atomic'' Calc object,
33085 i.e., one whose components cannot be regarded as sub-formulas.  This
33086 includes variables, and all @code{objectp} types except error forms
33087 and intervals.
33088 @end defun
33090 @defun constp x
33091 Returns true if @var{x} is constant, i.e., a real or complex number,
33092 HMS form, date form, or error form, interval, or vector all of whose
33093 components are @code{constp}.
33094 @end defun
33096 @defun lessp x y
33097 Returns true if @var{x} is numerically less than @var{y}.  Returns false
33098 if @var{x} is greater than or equal to @var{y}, or if the order is
33099 undefined or cannot be determined.  Generally speaking, this works
33100 by checking whether @samp{@var{x} - @var{y}} is @code{negp}.  In
33101 @code{defmath}, the expression @samp{(< x y)} will automatically be
33102 converted to @samp{(lessp x y)}; expressions involving @code{>}, @code{<=},
33103 and @code{>=} are similarly converted in terms of @code{lessp}.
33104 @end defun
33106 @defun beforep x y
33107 Returns true if @var{x} comes before @var{y} in a canonical ordering
33108 of Calc objects.  If @var{x} and @var{y} are both real numbers, this
33109 will be the same as @code{lessp}.  But whereas @code{lessp} considers
33110 other types of objects to be unordered, @code{beforep} puts any two
33111 objects into a definite, consistent order.  The @code{beforep}
33112 function is used by the @kbd{V S} vector-sorting command, and also
33113 by @kbd{a s} to put the terms of a product into canonical order:
33114 This allows @samp{x y + y x} to be simplified easily to @samp{2 x y}.
33115 @end defun
33117 @defun equal x y
33118 This is the standard Lisp @code{equal} predicate; it returns true if
33119 @var{x} and @var{y} are structurally identical.  This is the usual way
33120 to compare numbers for equality, but note that @code{equal} will treat
33121 0 and 0.0 as different.
33122 @end defun
33124 @defun math-equal x y
33125 Returns true if @var{x} and @var{y} are numerically equal, either because
33126 they are @code{equal}, or because their difference is @code{zerop}.  In
33127 @code{defmath}, the expression @samp{(= x y)} will automatically be
33128 converted to @samp{(math-equal x y)}.
33129 @end defun
33131 @defun equal-int x n
33132 Returns true if @var{x} and @var{n} are numerically equal, where @var{n}
33133 is a fixnum which is not a multiple of 10.  This will automatically be
33134 used by @code{defmath} in place of the more general @code{math-equal}
33135 whenever possible.
33136 @end defun
33138 @defun nearly-equal x y
33139 Returns true if @var{x} and @var{y}, as floating-point numbers, are
33140 equal except possibly in the last decimal place.  For example,
33141 314.159 and 314.166 are considered nearly equal if the current
33142 precision is 6 (since they differ by 7 units), but not if the current
33143 precision is 7 (since they differ by 70 units).  Most functions which
33144 use series expansions use @code{with-extra-prec} to evaluate the
33145 series with 2 extra digits of precision, then use @code{nearly-equal}
33146 to decide when the series has converged; this guards against cumulative
33147 error in the series evaluation without doing extra work which would be
33148 lost when the result is rounded back down to the current precision.
33149 In @code{defmath}, this can be written @samp{(~= @var{x} @var{y})}.
33150 The @var{x} and @var{y} can be numbers of any kind, including complex.
33151 @end defun
33153 @defun nearly-zerop x y
33154 Returns true if @var{x} is nearly zero, compared to @var{y}.  This
33155 checks whether @var{x} plus @var{y} would by be @code{nearly-equal}
33156 to @var{y} itself, to within the current precision, in other words,
33157 if adding @var{x} to @var{y} would have a negligible effect on @var{y}
33158 due to roundoff error.  @var{X} may be a real or complex number, but
33159 @var{y} must be real.
33160 @end defun
33162 @defun is-true x
33163 Return true if the formula @var{x} represents a true value in
33164 Calc, not Lisp, terms.  It tests if @var{x} is a non-zero number
33165 or a provably non-zero formula.
33166 @end defun
33168 @defun reject-arg val pred
33169 Abort the current function evaluation due to unacceptable argument values.
33170 This calls @samp{(calc-record-why @var{pred} @var{val})}, then signals a
33171 Lisp error which @code{normalize} will trap.  The net effect is that the
33172 function call which led here will be left in symbolic form.
33173 @end defun
33175 @defun inexact-value
33176 If Symbolic mode is enabled, this will signal an error that causes
33177 @code{normalize} to leave the formula in symbolic form, with the message
33178 ``Inexact result.''  (This function has no effect when not in Symbolic mode.)
33179 Note that if your function calls @samp{(sin 5)} in Symbolic mode, the
33180 @code{sin} function will call @code{inexact-value}, which will cause your
33181 function to be left unsimplified.  You may instead wish to call
33182 @samp{(normalize (list 'calcFunc-sin 5))}, which in Symbolic mode will
33183 return the formula @samp{sin(5)} to your function.
33184 @end defun
33186 @defun overflow
33187 This signals an error that will be reported as a floating-point overflow.
33188 @end defun
33190 @defun underflow
33191 This signals a floating-point underflow.
33192 @end defun
33194 @node Computational Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Predicates, Internals
33195 @subsubsection Computational Functions
33197 @noindent
33198 The functions described here do the actual computational work of the
33199 Calculator.  In addition to these, note that any function described in
33200 the main body of this manual may be called from Lisp; for example, if
33201 the documentation refers to the @code{calc-sqrt} [@code{sqrt}] command,
33202 this means @code{calc-sqrt} is an interactive stack-based square-root
33203 command and @code{sqrt} (which @code{defmath} expands to @code{calcFunc-sqrt})
33204 is the actual Lisp function for taking square roots.
33206 The functions @code{math-add}, @code{math-sub}, @code{math-mul},
33207 @code{math-div}, @code{math-mod}, and @code{math-neg} are not included
33208 in this list, since @code{defmath} allows you to write native Lisp
33209 @code{+}, @code{-}, @code{*}, @code{/}, @code{%}, and unary @code{-},
33210 respectively, instead.
33212 @defun normalize val
33213 (Full form: @code{math-normalize}.)
33214 Reduce the value @var{val} to standard form.  For example, if @var{val}
33215 is a fixnum, it will be converted to a bignum if it is too large, and
33216 if @var{val} is a bignum it will be normalized by clipping off trailing
33217 (i.e., most-significant) zero digits and converting to a fixnum if it is
33218 small.  All the various data types are similarly converted to their standard
33219 forms.  Variables are left alone, but function calls are actually evaluated
33220 in formulas.  For example, normalizing @samp{(+ 2 (calcFunc-abs -4))} will
33221 return 6.
33223 If a function call fails, because the function is void or has the wrong
33224 number of parameters, or because it returns @code{nil} or calls
33225 @code{reject-arg} or @code{inexact-result}, @code{normalize} returns
33226 the formula still in symbolic form.
33228 If the current simplification mode is ``none'' or ``numeric arguments
33229 only,'' @code{normalize} will act appropriately.  However, the more
33230 powerful simplification modes (like Algebraic Simplification) are
33231 not handled by @code{normalize}.  They are handled by @code{calc-normalize},
33232 which calls @code{normalize} and possibly some other routines, such
33233 as @code{simplify} or @code{simplify-units}.  Programs generally will
33234 never call @code{calc-normalize} except when popping or pushing values
33235 on the stack.
33236 @end defun
33238 @defun evaluate-expr expr
33239 Replace all variables in @var{expr} that have values with their values,
33240 then use @code{normalize} to simplify the result.  This is what happens
33241 when you press the @kbd{=} key interactively.
33242 @end defun
33244 @defmac with-extra-prec n body
33245 Evaluate the Lisp forms in @var{body} with precision increased by @var{n}
33246 digits.  This is a macro which expands to
33248 @smallexample
33249 (math-normalize
33250   (let ((calc-internal-prec (+ calc-internal-prec @var{n})))
33251     @var{body}))
33252 @end smallexample
33254 The surrounding call to @code{math-normalize} causes a floating-point
33255 result to be rounded down to the original precision afterwards.  This
33256 is important because some arithmetic operations assume a number's
33257 mantissa contains no more digits than the current precision allows.
33258 @end defmac
33260 @defun make-frac n d
33261 Build a fraction @samp{@var{n}:@var{d}}.  This is equivalent to calling
33262 @samp{(normalize (list 'frac @var{n} @var{d}))}, but more efficient.
33263 @end defun
33265 @defun make-float mant exp
33266 Build a floating-point value out of @var{mant} and @var{exp}, both
33267 of which are arbitrary integers.  This function will return a
33268 properly normalized float value, or signal an overflow or underflow
33269 if @var{exp} is out of range.
33270 @end defun
33272 @defun make-sdev x sigma
33273 Build an error form out of @var{x} and the absolute value of @var{sigma}.
33274 If @var{sigma} is zero, the result is the number @var{x} directly.
33275 If @var{sigma} is negative or complex, its absolute value is used.
33276 If @var{x} or @var{sigma} is not a valid type of object for use in
33277 error forms, this calls @code{reject-arg}.
33278 @end defun
33280 @defun make-intv mask lo hi
33281 Build an interval form out of @var{mask} (which is assumed to be an
33282 integer from 0 to 3), and the limits @var{lo} and @var{hi}.  If
33283 @var{lo} is greater than @var{hi}, an empty interval form is returned.
33284 This calls @code{reject-arg} if @var{lo} or @var{hi} is unsuitable.
33285 @end defun
33287 @defun sort-intv mask lo hi
33288 Build an interval form, similar to @code{make-intv}, except that if
33289 @var{lo} is less than @var{hi} they are simply exchanged, and the
33290 bits of @var{mask} are swapped accordingly.
33291 @end defun
33293 @defun make-mod n m
33294 Build a modulo form out of @var{n} and the modulus @var{m}.  Since modulo
33295 forms do not allow formulas as their components, if @var{n} or @var{m}
33296 is not a real number or HMS form the result will be a formula which
33297 is a call to @code{makemod}, the algebraic version of this function.
33298 @end defun
33300 @defun float x
33301 Convert @var{x} to floating-point form.  Integers and fractions are
33302 converted to numerically equivalent floats; components of complex
33303 numbers, vectors, HMS forms, date forms, error forms, intervals, and
33304 modulo forms are recursively floated.  If the argument is a variable
33305 or formula, this calls @code{reject-arg}.
33306 @end defun
33308 @defun compare x y
33309 Compare the numbers @var{x} and @var{y}, and return @mathit{-1} if
33310 @samp{(lessp @var{x} @var{y})}, 1 if @samp{(lessp @var{y} @var{x})},
33311 0 if @samp{(math-equal @var{x} @var{y})}, or 2 if the order is
33312 undefined or cannot be determined.
33313 @end defun
33315 @defun numdigs n
33316 Return the number of digits of integer @var{n}, effectively
33317 @samp{ceil(log10(@var{n}))}, but much more efficient.  Zero is
33318 considered to have zero digits.
33319 @end defun
33321 @defun scale-int x n
33322 Shift integer @var{x} left @var{n} decimal digits, or right @mathit{-@var{n}}
33323 digits with truncation toward zero.
33324 @end defun
33326 @defun scale-rounding x n
33327 Like @code{scale-int}, except that a right shift rounds to the nearest
33328 integer rather than truncating.
33329 @end defun
33331 @defun fixnum n
33332 Return the integer @var{n} as a fixnum, i.e., a native Lisp integer.
33333 If @var{n} is outside the permissible range for Lisp integers (usually
33334 24 binary bits) the result is undefined.
33335 @end defun
33337 @defun sqr x
33338 Compute the square of @var{x}; short for @samp{(* @var{x} @var{x})}.
33339 @end defun
33341 @defun quotient x y
33342 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return an integer quotient
33343 and discard the remainder.  If @var{x} or @var{y} is negative, the
33344 direction of rounding is undefined.
33345 @end defun
33347 @defun idiv x y
33348 Perform an integer division; if @var{x} and @var{y} are both nonnegative
33349 integers, this uses the @code{quotient} function, otherwise it computes
33350 @samp{floor(@var{x}/@var{y})}.  Thus the result is well-defined but
33351 slower than for @code{quotient}.
33352 @end defun
33354 @defun imod x y
33355 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return the integer remainder
33356 and discard the quotient.  Like @code{quotient}, this works only for
33357 integer arguments and is not well-defined for negative arguments.
33358 For a more well-defined result, use @samp{(% @var{x} @var{y})}.
33359 @end defun
33361 @defun idivmod x y
33362 Divide integer @var{x} by integer @var{y}; return a cons cell whose
33363 @code{car} is @samp{(quotient @var{x} @var{y})} and whose @code{cdr}
33364 is @samp{(imod @var{x} @var{y})}.
33365 @end defun
33367 @defun pow x y
33368 Compute @var{x} to the power @var{y}.  In @code{defmath} code, this can
33369 also be written @samp{(^ @var{x} @var{y})} or
33370 @w{@samp{(expt @var{x} @var{y})}}.
33371 @end defun
33373 @defun abs-approx x
33374 Compute a fast approximation to the absolute value of @var{x}.  For
33375 example, for a rectangular complex number the result is the sum of
33376 the absolute values of the components.
33377 @end defun
33379 @findex e
33380 @findex gamma-const
33381 @findex ln-2
33382 @findex ln-10
33383 @findex phi
33384 @findex pi-over-2
33385 @findex pi-over-4
33386 @findex pi-over-180
33387 @findex sqrt-two-pi
33388 @findex sqrt-e
33389 @findex two-pi
33390 @defun pi
33391 The function @samp{(pi)} computes @samp{pi} to the current precision.
33392 Other related constant-generating functions are @code{two-pi},
33393 @code{pi-over-2}, @code{pi-over-4}, @code{pi-over-180}, @code{sqrt-two-pi},
33394 @code{e}, @code{sqrt-e}, @code{ln-2}, @code{ln-10}, @code{phi} and
33395 @code{gamma-const}.  Each function returns a floating-point value in the
33396 current precision, and each uses caching so that all calls after the
33397 first are essentially free.
33398 @end defun
33400 @defmac math-defcache @var{func} @var{initial} @var{form}
33401 This macro, usually used as a top-level call like @code{defun} or
33402 @code{defvar}, defines a new cached constant analogous to @code{pi}, etc.
33403 It defines a function @code{func} which returns the requested value;
33404 if @var{initial} is non-@code{nil} it must be a @samp{(float @dots{})}
33405 form which serves as an initial value for the cache.  If @var{func}
33406 is called when the cache is empty or does not have enough digits to
33407 satisfy the current precision, the Lisp expression @var{form} is evaluated
33408 with the current precision increased by four, and the result minus its
33409 two least significant digits is stored in the cache.  For example,
33410 calling @samp{(pi)} with a precision of 30 computes @samp{pi} to 34
33411 digits, rounds it down to 32 digits for future use, then rounds it
33412 again to 30 digits for use in the present request.
33413 @end defmac
33415 @findex half-circle
33416 @findex quarter-circle
33417 @defun full-circle symb
33418 If the current angular mode is Degrees or HMS, this function returns the
33419 integer 360.  In Radians mode, this function returns either the
33420 corresponding value in radians to the current precision, or the formula
33421 @samp{2*pi}, depending on the Symbolic mode.  There are also similar
33422 function @code{half-circle} and @code{quarter-circle}.
33423 @end defun
33425 @defun power-of-2 n
33426 Compute two to the integer power @var{n}, as a (potentially very large)
33427 integer.  Powers of two are cached, so only the first call for a
33428 particular @var{n} is expensive.
33429 @end defun
33431 @defun integer-log2 n
33432 Compute the base-2 logarithm of @var{n}, which must be an integer which
33433 is a power of two.  If @var{n} is not a power of two, this function will
33434 return @code{nil}.
33435 @end defun
33437 @defun div-mod a b m
33438 Divide @var{a} by @var{b}, modulo @var{m}.  This returns @code{nil} if
33439 there is no solution, or if any of the arguments are not integers.
33440 @end defun
33442 @defun pow-mod a b m
33443 Compute @var{a} to the power @var{b}, modulo @var{m}.  If @var{a},
33444 @var{b}, and @var{m} are integers, this uses an especially efficient
33445 algorithm.  Otherwise, it simply computes @samp{(% (^ a b) m)}.
33446 @end defun
33448 @defun isqrt n
33449 Compute the integer square root of @var{n}.  This is the square root
33450 of @var{n} rounded down toward zero, i.e., @samp{floor(sqrt(@var{n}))}.
33451 If @var{n} is itself an integer, the computation is especially efficient.
33452 @end defun
33454 @defun to-hms a ang
33455 Convert the argument @var{a} into an HMS form.  If @var{ang} is specified,
33456 it is the angular mode in which to interpret @var{a}, either @code{deg}
33457 or @code{rad}.  Otherwise, the current angular mode is used.  If @var{a}
33458 is already an HMS form it is returned as-is.
33459 @end defun
33461 @defun from-hms a ang
33462 Convert the HMS form @var{a} into a real number.  If @var{ang} is specified,
33463 it is the angular mode in which to express the result, otherwise the
33464 current angular mode is used.  If @var{a} is already a real number, it
33465 is returned as-is.
33466 @end defun
33468 @defun to-radians a
33469 Convert the number or HMS form @var{a} to radians from the current
33470 angular mode.
33471 @end defun
33473 @defun from-radians a
33474 Convert the number @var{a} from radians to the current angular mode.
33475 If @var{a} is a formula, this returns the formula @samp{deg(@var{a})}.
33476 @end defun
33478 @defun to-radians-2 a
33479 Like @code{to-radians}, except that in Symbolic mode a degrees to
33480 radians conversion yields a formula like @samp{@var{a}*pi/180}.
33481 @end defun
33483 @defun from-radians-2 a
33484 Like @code{from-radians}, except that in Symbolic mode a radians to
33485 degrees conversion yields a formula like @samp{@var{a}*180/pi}.
33486 @end defun
33488 @defun random-digit
33489 Produce a random base-1000 digit in the range 0 to 999.
33490 @end defun
33492 @defun random-digits n
33493 Produce a random @var{n}-digit integer; this will be an integer
33494 in the interval @samp{[0, 10^@var{n})}.
33495 @end defun
33497 @defun random-float
33498 Produce a random float in the interval @samp{[0, 1)}.
33499 @end defun
33501 @defun prime-test n iters
33502 Determine whether the integer @var{n} is prime.  Return a list which has
33503 one of these forms: @samp{(nil @var{f})} means the number is non-prime
33504 because it was found to be divisible by @var{f}; @samp{(nil)} means it
33505 was found to be non-prime by table look-up (so no factors are known);
33506 @samp{(nil unknown)} means it is definitely non-prime but no factors
33507 are known because @var{n} was large enough that Fermat's probabilistic
33508 test had to be used; @samp{(t)} means the number is definitely prime;
33509 and @samp{(maybe @var{i} @var{p})} means that Fermat's test, after @var{i}
33510 iterations, is @var{p} percent sure that the number is prime.  The
33511 @var{iters} parameter is the number of Fermat iterations to use, in the
33512 case that this is necessary.  If @code{prime-test} returns ``maybe,''
33513 you can call it again with the same @var{n} to get a greater certainty;
33514 @code{prime-test} remembers where it left off.
33515 @end defun
33517 @defun to-simple-fraction f
33518 If @var{f} is a floating-point number which can be represented exactly
33519 as a small rational number. return that number, else return @var{f}.
33520 For example, 0.75 would be converted to 3:4.  This function is very
33521 fast.
33522 @end defun
33524 @defun to-fraction f tol
33525 Find a rational approximation to floating-point number @var{f} to within
33526 a specified tolerance @var{tol}; this corresponds to the algebraic
33527 function @code{frac}, and can be rather slow.
33528 @end defun
33530 @defun quarter-integer n
33531 If @var{n} is an integer or integer-valued float, this function
33532 returns zero.  If @var{n} is a half-integer (i.e., an integer plus
33533 @mathit{1:2} or 0.5), it returns 2.  If @var{n} is a quarter-integer,
33534 it returns 1 or 3.  If @var{n} is anything else, this function
33535 returns @code{nil}.
33536 @end defun
33538 @node Vector Lisp Functions, Symbolic Lisp Functions, Computational Lisp Functions, Internals
33539 @subsubsection Vector Functions
33541 @noindent
33542 The functions described here perform various operations on vectors and
33543 matrices.
33545 @defun math-concat x y
33546 Do a vector concatenation; this operation is written @samp{@var{x} | @var{y}}
33547 in a symbolic formula.  @xref{Building Vectors}.
33548 @end defun
33550 @defun vec-length v
33551 Return the length of vector @var{v}.  If @var{v} is not a vector, the
33552 result is zero.  If @var{v} is a matrix, this returns the number of
33553 rows in the matrix.
33554 @end defun
33556 @defun mat-dimens m
33557 Determine the dimensions of vector or matrix @var{m}.  If @var{m} is not
33558 a vector, the result is an empty list.  If @var{m} is a plain vector
33559 but not a matrix, the result is a one-element list containing the length
33560 of the vector.  If @var{m} is a matrix with @var{r} rows and @var{c} columns,
33561 the result is the list @samp{(@var{r} @var{c})}.  Higher-order tensors
33562 produce lists of more than two dimensions.  Note that the object
33563 @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} is a vector of vectors not all the same size,
33564 and is treated by this and other Calc routines as a plain vector of two
33565 elements.
33566 @end defun
33568 @defun dimension-error
33569 Abort the current function with a message of ``Dimension error.''
33570 The Calculator will leave the function being evaluated in symbolic
33571 form; this is really just a special case of @code{reject-arg}.
33572 @end defun
33574 @defun build-vector args
33575 Return a Calc vector with @var{args} as elements.
33576 For example, @samp{(build-vector 1 2 3)} returns the Calc vector
33577 @samp{[1, 2, 3]}, stored internally as the list @samp{(vec 1 2 3)}.
33578 @end defun
33580 @defun make-vec obj dims
33581 Return a Calc vector or matrix all of whose elements are equal to
33582 @var{obj}.  For example, @samp{(make-vec 27 3 4)} returns a 3x4 matrix
33583 filled with 27's.
33584 @end defun
33586 @defun row-matrix v
33587 If @var{v} is a plain vector, convert it into a row matrix, i.e.,
33588 a matrix whose single row is @var{v}.  If @var{v} is already a matrix,
33589 leave it alone.
33590 @end defun
33592 @defun col-matrix v
33593 If @var{v} is a plain vector, convert it into a column matrix, i.e., a
33594 matrix with each element of @var{v} as a separate row.  If @var{v} is
33595 already a matrix, leave it alone.
33596 @end defun
33598 @defun map-vec f v
33599 Map the Lisp function @var{f} over the Calc vector @var{v}.  For example,
33600 @samp{(map-vec 'math-floor v)} returns a vector of the floored components
33601 of vector @var{v}.
33602 @end defun
33604 @defun map-vec-2 f a b
33605 Map the Lisp function @var{f} over the two vectors @var{a} and @var{b}.
33606 If @var{a} and @var{b} are vectors of equal length, the result is a
33607 vector of the results of calling @samp{(@var{f} @var{ai} @var{bi})}
33608 for each pair of elements @var{ai} and @var{bi}.  If either @var{a} or
33609 @var{b} is a scalar, it is matched with each value of the other vector.
33610 For example, @samp{(map-vec-2 'math-add v 1)} returns the vector @var{v}
33611 with each element increased by one.  Note that using @samp{'+} would not
33612 work here, since @code{defmath} does not expand function names everywhere,
33613 just where they are in the function position of a Lisp expression.
33614 @end defun
33616 @defun reduce-vec f v
33617 Reduce the function @var{f} over the vector @var{v}.  For example, if
33618 @var{v} is @samp{[10, 20, 30, 40]}, this calls @samp{(f (f (f 10 20) 30) 40)}.
33619 If @var{v} is a matrix, this reduces over the rows of @var{v}.
33620 @end defun
33622 @defun reduce-cols f m
33623 Reduce the function @var{f} over the columns of matrix @var{m}.  For
33624 example, if @var{m} is @samp{[[1, 2], [3, 4], [5, 6]]}, the result
33625 is a vector of the two elements @samp{(f (f 1 3) 5)} and @samp{(f (f 2 4) 6)}.
33626 @end defun
33628 @defun mat-row m n
33629 Return the @var{n}th row of matrix @var{m}.  This is equivalent to
33630 @samp{(elt m n)}.  For a slower but safer version, use @code{mrow}.
33631 (@xref{Extracting Elements}.)
33632 @end defun
33634 @defun mat-col m n
33635 Return the @var{n}th column of matrix @var{m}, in the form of a vector.
33636 The arguments are not checked for correctness.
33637 @end defun
33639 @defun mat-less-row m n
33640 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th row deleted.  The
33641 number @var{n} must be in range from 1 to the number of rows in @var{m}.
33642 @end defun
33644 @defun mat-less-col m n
33645 Return a copy of matrix @var{m} with its @var{n}th column deleted.
33646 @end defun
33648 @defun transpose m
33649 Return the transpose of matrix @var{m}.
33650 @end defun
33652 @defun flatten-vector v
33653 Flatten nested vector @var{v} into a vector of scalars.  For example,
33654 if @var{v} is @samp{[[1, 2, 3], [4, 5]]} the result is @samp{[1, 2, 3, 4, 5]}.
33655 @end defun
33657 @defun copy-matrix m
33658 If @var{m} is a matrix, return a copy of @var{m}.  This maps
33659 @code{copy-sequence} over the rows of @var{m}; in Lisp terms, each
33660 element of the result matrix will be @code{eq} to the corresponding
33661 element of @var{m}, but none of the @code{cons} cells that make up
33662 the structure of the matrix will be @code{eq}.  If @var{m} is a plain
33663 vector, this is the same as @code{copy-sequence}.
33664 @end defun
33666 @defun swap-rows m r1 r2
33667 Exchange rows @var{r1} and @var{r2} of matrix @var{m} in-place.  In
33668 other words, unlike most of the other functions described here, this
33669 function changes @var{m} itself rather than building up a new result
33670 matrix.  The return value is @var{m}, i.e., @samp{(eq (swap-rows m 1 2) m)}
33671 is true, with the side effect of exchanging the first two rows of
33672 @var{m}.
33673 @end defun
33675 @node Symbolic Lisp Functions, Formatting Lisp Functions, Vector Lisp Functions, Internals
33676 @subsubsection Symbolic Functions
33678 @noindent
33679 The functions described here operate on symbolic formulas in the
33680 Calculator.
33682 @defun calc-prepare-selection num
33683 Prepare a stack entry for selection operations.  If @var{num} is
33684 omitted, the stack entry containing the cursor is used; otherwise,
33685 it is the number of the stack entry to use.  This function stores
33686 useful information about the current stack entry into a set of
33687 variables.  @code{calc-selection-cache-num} contains the number of
33688 the stack entry involved (equal to @var{num} if you specified it);
33689 @code{calc-selection-cache-entry} contains the stack entry as a
33690 list (such as @code{calc-top-list} would return with @code{entry}
33691 as the selection mode); and @code{calc-selection-cache-comp} contains
33692 a special ``tagged'' composition (@pxref{Formatting Lisp Functions})
33693 which allows Calc to relate cursor positions in the buffer with
33694 their corresponding sub-formulas.
33696 A slight complication arises in the selection mechanism because
33697 formulas may contain small integers.  For example, in the vector
33698 @samp{[1, 2, 1]} the first and last elements are @code{eq} to each
33699 other; selections are recorded as the actual Lisp object that
33700 appears somewhere in the tree of the whole formula, but storing
33701 @code{1} would falsely select both @code{1}'s in the vector.  So
33702 @code{calc-prepare-selection} also checks the stack entry and
33703 replaces any plain integers with ``complex number'' lists of the form
33704 @samp{(cplx @var{n} 0)}.  This list will be displayed the same as a
33705 plain @var{n} and the change will be completely invisible to the
33706 user, but it will guarantee that no two sub-formulas of the stack
33707 entry will be @code{eq} to each other.  Next time the stack entry
33708 is involved in a computation, @code{calc-normalize} will replace
33709 these lists with plain numbers again, again invisibly to the user.
33710 @end defun
33712 @defun calc-encase-atoms x
33713 This modifies the formula @var{x} to ensure that each part of the
33714 formula is a unique atom, using the @samp{(cplx @var{n} 0)} trick
33715 described above.  This function may use @code{setcar} to modify
33716 the formula in-place.
33717 @end defun
33719 @defun calc-find-selected-part
33720 Find the smallest sub-formula of the current formula that contains
33721 the cursor.  This assumes @code{calc-prepare-selection} has been
33722 called already.  If the cursor is not actually on any part of the
33723 formula, this returns @code{nil}.
33724 @end defun
33726 @defun calc-change-current-selection selection
33727 Change the currently prepared stack element's selection to
33728 @var{selection}, which should be @code{eq} to some sub-formula
33729 of the stack element, or @code{nil} to unselect the formula.
33730 The stack element's appearance in the Calc buffer is adjusted
33731 to reflect the new selection.
33732 @end defun
33734 @defun calc-find-nth-part expr n
33735 Return the @var{n}th sub-formula of @var{expr}.  This function is used
33736 by the selection commands, and (unless @kbd{j b} has been used) treats
33737 sums and products as flat many-element formulas.  Thus if @var{expr}
33738 is @samp{((a + b) - c) + d}, calling @code{calc-find-nth-part} with
33739 @var{n} equal to four will return @samp{d}.
33740 @end defun
33742 @defun calc-find-parent-formula expr part
33743 Return the sub-formula of @var{expr} which immediately contains
33744 @var{part}.  If @var{expr} is @samp{a*b + (c+1)*d} and @var{part}
33745 is @code{eq} to the @samp{c+1} term of @var{expr}, then this function
33746 will return @samp{(c+1)*d}.  If @var{part} turns out not to be a
33747 sub-formula of @var{expr}, the function returns @code{nil}.  If
33748 @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, the function returns @code{t}.
33749 This function does not take associativity into account.
33750 @end defun
33752 @defun calc-find-assoc-parent-formula expr part
33753 This is the same as @code{calc-find-parent-formula}, except that
33754 (unless @kbd{j b} has been used) it continues widening the selection
33755 to contain a complete level of the formula.  Given @samp{a} from
33756 @samp{((a + b) - c) + d}, @code{calc-find-parent-formula} will
33757 return @samp{a + b} but @code{calc-find-assoc-parent-formula} will
33758 return the whole expression.
33759 @end defun
33761 @defun calc-grow-assoc-formula expr part
33762 This expands sub-formula @var{part} of @var{expr} to encompass a
33763 complete level of the formula.  If @var{part} and its immediate
33764 parent are not compatible associative operators, or if @kbd{j b}
33765 has been used, this simply returns @var{part}.
33766 @end defun
33768 @defun calc-find-sub-formula expr part
33769 This finds the immediate sub-formula of @var{expr} which contains
33770 @var{part}.  It returns an index @var{n} such that
33771 @samp{(calc-find-nth-part @var{expr} @var{n})} would return @var{part}.
33772 If @var{part} is not a sub-formula of @var{expr}, it returns @code{nil}.
33773 If @var{part} is @code{eq} to @var{expr}, it returns @code{t}.  This
33774 function does not take associativity into account.
33775 @end defun
33777 @defun calc-replace-sub-formula expr old new
33778 This function returns a copy of formula @var{expr}, with the
33779 sub-formula that is @code{eq} to @var{old} replaced by @var{new}.
33780 @end defun
33782 @defun simplify expr
33783 Simplify the expression @var{expr} by applying various algebraic rules.
33784 This is what the @w{@kbd{a s}} (@code{calc-simplify}) command uses.  This
33785 always returns a copy of the expression; the structure @var{expr} points
33786 to remains unchanged in memory.
33788 More precisely, here is what @code{simplify} does:  The expression is
33789 first normalized and evaluated by calling @code{normalize}.  If any
33790 @code{AlgSimpRules} have been defined, they are then applied.  Then
33791 the expression is traversed in a depth-first, bottom-up fashion; at
33792 each level, any simplifications that can be made are made until no
33793 further changes are possible.  Once the entire formula has been
33794 traversed in this way, it is compared with the original formula (from
33795 before the call to @code{normalize}) and, if it has changed,
33796 the entire procedure is repeated (starting with @code{normalize})
33797 until no further changes occur.  Usually only two iterations are
33798 needed:@: one to simplify the formula, and another to verify that no
33799 further simplifications were possible.
33800 @end defun
33802 @defun simplify-extended expr
33803 Simplify the expression @var{expr}, with additional rules enabled that
33804 help do a more thorough job, while not being entirely ``safe'' in all
33805 circumstances.  (For example, this mode will simplify @samp{sqrt(x^2)}
33806 to @samp{x}, which is only valid when @var{x} is positive.)  This is
33807 implemented by temporarily binding the variable @code{math-living-dangerously}
33808 to @code{t} (using a @code{let} form) and calling @code{simplify}.
33809 Dangerous simplification rules are written to check this variable
33810 before taking any action.
33811 @end defun
33813 @defun simplify-units expr
33814 Simplify the expression @var{expr}, treating variable names as units
33815 whenever possible.  This works by binding the variable
33816 @code{math-simplifying-units} to @code{t} while calling @code{simplify}.
33817 @end defun
33819 @defmac math-defsimplify funcs body
33820 Register a new simplification rule; this is normally called as a top-level
33821 form, like @code{defun} or @code{defmath}.  If @var{funcs} is a symbol
33822 (like @code{+} or @code{calcFunc-sqrt}), this simplification rule is
33823 applied to the formulas which are calls to the specified function.  Or,
33824 @var{funcs} can be a list of such symbols; the rule applies to all
33825 functions on the list.  The @var{body} is written like the body of a
33826 function with a single argument called @code{expr}.  The body will be
33827 executed with @code{expr} bound to a formula which is a call to one of
33828 the functions @var{funcs}.  If the function body returns @code{nil}, or
33829 if it returns a result @code{equal} to the original @code{expr}, it is
33830 ignored and Calc goes on to try the next simplification rule that applies.
33831 If the function body returns something different, that new formula is
33832 substituted for @var{expr} in the original formula.
33834 At each point in the formula, rules are tried in the order of the
33835 original calls to @code{math-defsimplify}; the search stops after the
33836 first rule that makes a change.  Thus later rules for that same
33837 function will not have a chance to trigger until the next iteration
33838 of the main @code{simplify} loop.
33840 Note that, since @code{defmath} is not being used here, @var{body} must
33841 be written in true Lisp code without the conveniences that @code{defmath}
33842 provides.  If you prefer, you can have @var{body} simply call another
33843 function (defined with @code{defmath}) which does the real work.
33845 The arguments of a function call will already have been simplified
33846 before any rules for the call itself are invoked.  Since a new argument
33847 list is consed up when this happens, this means that the rule's body is
33848 allowed to rearrange the function's arguments destructively if that is
33849 convenient.  Here is a typical example of a simplification rule:
33851 @smallexample
33852 (math-defsimplify calcFunc-arcsinh
33853   (or (and (math-looks-negp (nth 1 expr))
33854            (math-neg (list 'calcFunc-arcsinh
33855                            (math-neg (nth 1 expr)))))
33856       (and (eq (car-safe (nth 1 expr)) 'calcFunc-sinh)
33857            (or math-living-dangerously
33858                (math-known-realp (nth 1 (nth 1 expr))))
33859            (nth 1 (nth 1 expr)))))
33860 @end smallexample
33862 This is really a pair of rules written with one @code{math-defsimplify}
33863 for convenience; the first replaces @samp{arcsinh(-x)} with
33864 @samp{-arcsinh(x)}, and the second, which is safe only for real @samp{x},
33865 replaces @samp{arcsinh(sinh(x))} with @samp{x}.
33866 @end defmac
33868 @defun common-constant-factor expr
33869 Check @var{expr} to see if it is a sum of terms all multiplied by the
33870 same rational value.  If so, return this value.  If not, return @code{nil}.
33871 For example, if called on @samp{6x + 9y + 12z}, it would return 3, since
33872 3 is a common factor of all the terms.
33873 @end defun
33875 @defun cancel-common-factor expr factor
33876 Assuming @var{expr} is a sum with @var{factor} as a common factor,
33877 divide each term of the sum by @var{factor}.  This is done by
33878 destructively modifying parts of @var{expr}, on the assumption that
33879 it is being used by a simplification rule (where such things are
33880 allowed; see above).  For example, consider this built-in rule for
33881 square roots:
33883 @smallexample
33884 (math-defsimplify calcFunc-sqrt
33885   (let ((fac (math-common-constant-factor (nth 1 expr))))
33886     (and fac (not (eq fac 1))
33887          (math-mul (math-normalize (list 'calcFunc-sqrt fac))
33888                    (math-normalize
33889                     (list 'calcFunc-sqrt
33890                           (math-cancel-common-factor
33891                            (nth 1 expr) fac)))))))
33892 @end smallexample
33893 @end defun
33895 @defun frac-gcd a b
33896 Compute a ``rational GCD'' of @var{a} and @var{b}, which must both be
33897 rational numbers.  This is the fraction composed of the GCD of the
33898 numerators of @var{a} and @var{b}, over the GCD of the denominators.
33899 It is used by @code{common-constant-factor}.  Note that the standard
33900 @code{gcd} function uses the LCM to combine the denominators.
33901 @end defun
33903 @defun map-tree func expr many
33904 Try applying Lisp function @var{func} to various sub-expressions of
33905 @var{expr}.  Initially, call @var{func} with @var{expr} itself as an
33906 argument.  If this returns an expression which is not @code{equal} to
33907 @var{expr}, apply @var{func} again until eventually it does return
33908 @var{expr} with no changes.  Then, if @var{expr} is a function call,
33909 recursively apply @var{func} to each of the arguments.  This keeps going
33910 until no changes occur anywhere in the expression; this final expression
33911 is returned by @code{map-tree}.  Note that, unlike simplification rules,
33912 @var{func} functions may @emph{not} make destructive changes to
33913 @var{expr}.  If a third argument @var{many} is provided, it is an
33914 integer which says how many times @var{func} may be applied; the
33915 default, as described above, is infinitely many times.
33916 @end defun
33918 @defun compile-rewrites rules
33919 Compile the rewrite rule set specified by @var{rules}, which should
33920 be a formula that is either a vector or a variable name.  If the latter,
33921 the compiled rules are saved so that later @code{compile-rules} calls
33922 for that same variable can return immediately.  If there are problems
33923 with the rules, this function calls @code{error} with a suitable
33924 message.
33925 @end defun
33927 @defun apply-rewrites expr crules heads
33928 Apply the compiled rewrite rule set @var{crules} to the expression
33929 @var{expr}.  This will make only one rewrite and only checks at the
33930 top level of the expression.  The result @code{nil} if no rules
33931 matched, or if the only rules that matched did not actually change
33932 the expression.  The @var{heads} argument is optional; if is given,
33933 it should be a list of all function names that (may) appear in
33934 @var{expr}.  The rewrite compiler tags each rule with the
33935 rarest-looking function name in the rule; if you specify @var{heads},
33936 @code{apply-rewrites} can use this information to narrow its search
33937 down to just a few rules in the rule set.
33938 @end defun
33940 @defun rewrite-heads expr
33941 Compute a @var{heads} list for @var{expr} suitable for use with
33942 @code{apply-rewrites}, as discussed above.
33943 @end defun
33945 @defun rewrite expr rules many
33946 This is an all-in-one rewrite function.  It compiles the rule set
33947 specified by @var{rules}, then uses @code{map-tree} to apply the
33948 rules throughout @var{expr} up to @var{many} (default infinity)
33949 times.
33950 @end defun
33952 @defun match-patterns pat vec not-flag
33953 Given a Calc vector @var{vec} and an uncompiled pattern set or
33954 pattern set variable @var{pat}, this function returns a new vector
33955 of all elements of @var{vec} which do (or don't, if @var{not-flag} is
33956 non-@code{nil}) match any of the patterns in @var{pat}.
33957 @end defun
33959 @defun deriv expr var value symb
33960 Compute the derivative of @var{expr} with respect to variable @var{var}
33961 (which may actually be any sub-expression).  If @var{value} is specified,
33962 the derivative is evaluated at the value of @var{var}; otherwise, the
33963 derivative is left in terms of @var{var}.  If the expression contains
33964 functions for which no derivative formula is known, new derivative
33965 functions are invented by adding primes to the names; @pxref{Calculus}.
33966 However, if @var{symb} is non-@code{nil}, the presence of undifferentiable
33967 functions in @var{expr} instead cancels the whole differentiation, and
33968 @code{deriv} returns @code{nil} instead.
33970 Derivatives of an @var{n}-argument function can be defined by
33971 adding a @code{math-derivative-@var{n}} property to the property list
33972 of the symbol for the function's derivative, which will be the
33973 function name followed by an apostrophe.  The value of the property
33974 should be a Lisp function; it is called with the same arguments as the
33975 original function call that is being differentiated.  It should return
33976 a formula for the derivative.  For example, the derivative of @code{ln}
33977 is defined by
33979 @smallexample
33980 (put 'calcFunc-ln\' 'math-derivative-1
33981      (function (lambda (u) (math-div 1 u))))
33982 @end smallexample
33984 The two-argument @code{log} function has two derivatives,
33985 @smallexample
33986 (put 'calcFunc-log\' 'math-derivative-2     ; d(log(x,b)) / dx
33987      (function (lambda (x b) ... )))
33988 (put 'calcFunc-log\'2 'math-derivative-2    ; d(log(x,b)) / db
33989      (function (lambda (x b) ... )))
33990 @end smallexample
33991 @end defun
33993 @defun tderiv expr var value symb
33994 Compute the total derivative of @var{expr}.  This is the same as
33995 @code{deriv}, except that variables other than @var{var} are not
33996 assumed to be constant with respect to @var{var}.
33997 @end defun
33999 @defun integ expr var low high
34000 Compute the integral of @var{expr} with respect to @var{var}.
34001 @xref{Calculus}, for further details.
34002 @end defun
34004 @defmac math-defintegral funcs body
34005 Define a rule for integrating a function or functions of one argument;
34006 this macro is very similar in format to @code{math-defsimplify}.
34007 The main difference is that here @var{body} is the body of a function
34008 with a single argument @code{u} which is bound to the argument to the
34009 function being integrated, not the function call itself.  Also, the
34010 variable of integration is available as @code{math-integ-var}.  If
34011 evaluation of the integral requires doing further integrals, the body
34012 should call @samp{(math-integral @var{x})} to find the integral of
34013 @var{x} with respect to @code{math-integ-var}; this function returns
34014 @code{nil} if the integral could not be done.  Some examples:
34016 @smallexample
34017 (math-defintegral calcFunc-conj
34018   (let ((int (math-integral u)))
34019     (and int
34020          (list 'calcFunc-conj int))))
34022 (math-defintegral calcFunc-cos
34023   (and (equal u math-integ-var)
34024        (math-from-radians-2 (list 'calcFunc-sin u))))
34025 @end smallexample
34027 In the @code{cos} example, we define only the integral of @samp{cos(x) dx},
34028 relying on the general integration-by-substitution facility to handle
34029 cosines of more complicated arguments.  An integration rule should return
34030 @code{nil} if it can't do the integral; if several rules are defined for
34031 the same function, they are tried in order until one returns a non-@code{nil}
34032 result.
34033 @end defmac
34035 @defmac math-defintegral-2 funcs body
34036 Define a rule for integrating a function or functions of two arguments.
34037 This is exactly analogous to @code{math-defintegral}, except that @var{body}
34038 is written as the body of a function with two arguments, @var{u} and
34039 @var{v}.
34040 @end defmac
34042 @defun solve-for lhs rhs var full
34043 Attempt to solve the equation @samp{@var{lhs} = @var{rhs}} by isolating
34044 the variable @var{var} on the lefthand side; return the resulting righthand
34045 side, or @code{nil} if the equation cannot be solved.  The variable
34046 @var{var} must appear at least once in @var{lhs} or @var{rhs}.  Note that
34047 the return value is a formula which does not contain @var{var}; this is
34048 different from the user-level @code{solve} and @code{finv} functions,
34049 which return a rearranged equation or a functional inverse, respectively.
34050 If @var{full} is non-@code{nil}, a full solution including dummy signs
34051 and dummy integers will be produced.  User-defined inverses are provided
34052 as properties in a manner similar to derivatives:
34054 @smallexample
34055 (put 'calcFunc-ln 'math-inverse
34056      (function (lambda (x) (list 'calcFunc-exp x))))
34057 @end smallexample
34059 This function can call @samp{(math-solve-get-sign @var{x})} to create
34060 a new arbitrary sign variable, returning @var{x} times that sign, and
34061 @samp{(math-solve-get-int @var{x})} to create a new arbitrary integer
34062 variable multiplied by @var{x}.  These functions simply return @var{x}
34063 if the caller requested a non-``full'' solution.
34064 @end defun
34066 @defun solve-eqn expr var full
34067 This version of @code{solve-for} takes an expression which will
34068 typically be an equation or inequality.  (If it is not, it will be
34069 interpreted as the equation @samp{@var{expr} = 0}.)  It returns an
34070 equation or inequality, or @code{nil} if no solution could be found.
34071 @end defun
34073 @defun solve-system exprs vars full
34074 This function solves a system of equations.  Generally, @var{exprs}
34075 and @var{vars} will be vectors of equal length.
34076 @xref{Solving Systems of Equations}, for other options.
34077 @end defun
34079 @defun expr-contains expr var
34080 Returns a non-@code{nil} value if @var{var} occurs as a subexpression
34081 of @var{expr}.
34083 This function might seem at first to be identical to
34084 @code{calc-find-sub-formula}.  The key difference is that
34085 @code{expr-contains} uses @code{equal} to test for matches, whereas
34086 @code{calc-find-sub-formula} uses @code{eq}.  In the formula
34087 @samp{f(a, a)}, the two @samp{a}s will be @code{equal} but not
34088 @code{eq} to each other.
34089 @end defun
34091 @defun expr-contains-count expr var
34092 Returns the number of occurrences of @var{var} as a subexpression
34093 of @var{expr}, or @code{nil} if there are no occurrences.
34094 @end defun
34096 @defun expr-depends expr var
34097 Returns true if @var{expr} refers to any variable the occurs in @var{var}.
34098 In other words, it checks if @var{expr} and @var{var} have any variables
34099 in common.
34100 @end defun
34102 @defun expr-contains-vars expr
34103 Return true if @var{expr} contains any variables, or @code{nil} if @var{expr}
34104 contains only constants and functions with constant arguments.
34105 @end defun
34107 @defun expr-subst expr old new
34108 Returns a copy of @var{expr}, with all occurrences of @var{old} replaced
34109 by @var{new}.  This treats @code{lambda} forms specially with respect
34110 to the dummy argument variables, so that the effect is always to return
34111 @var{expr} evaluated at @var{old} = @var{new}.
34112 @end defun
34114 @defun multi-subst expr old new
34115 This is like @code{expr-subst}, except that @var{old} and @var{new}
34116 are lists of expressions to be substituted simultaneously.  If one
34117 list is shorter than the other, trailing elements of the longer list
34118 are ignored.
34119 @end defun
34121 @defun expr-weight expr
34122 Returns the ``weight'' of @var{expr}, basically a count of the total
34123 number of objects and function calls that appear in @var{expr}.  For
34124 ``primitive'' objects, this will be one.
34125 @end defun
34127 @defun expr-height expr
34128 Returns the ``height'' of @var{expr}, which is the deepest level to
34129 which function calls are nested.  (Note that @samp{@var{a} + @var{b}}
34130 counts as a function call.)  For primitive objects, this returns zero.
34131 @end defun
34133 @defun polynomial-p expr var
34134 Check if @var{expr} is a polynomial in variable (or sub-expression)
34135 @var{var}.  If so, return the degree of the polynomial, that is, the
34136 highest power of @var{var} that appears in @var{expr}.  For example,
34137 for @samp{(x^2 + 3)^3 + 4} this would return 6.  This function returns
34138 @code{nil} unless @var{expr}, when expanded out by @kbd{a x}
34139 (@code{calc-expand}), would consist of a sum of terms in which @var{var}
34140 appears only raised to nonnegative integer powers.  Note that if
34141 @var{var} does not occur in @var{expr}, then @var{expr} is considered
34142 a polynomial of degree 0.
34143 @end defun
34145 @defun is-polynomial expr var degree loose
34146 Check if @var{expr} is a polynomial in variable or sub-expression
34147 @var{var}, and, if so, return a list representation of the polynomial
34148 where the elements of the list are coefficients of successive powers of
34149 @var{var}: @samp{@var{a} + @var{b} x + @var{c} x^3} would produce the
34150 list @samp{(@var{a} @var{b} 0 @var{c})}, and @samp{(x + 1)^2} would
34151 produce the list @samp{(1 2 1)}.  The highest element of the list will
34152 be non-zero, with the special exception that if @var{expr} is the
34153 constant zero, the returned value will be @samp{(0)}.  Return @code{nil}
34154 if @var{expr} is not a polynomial in @var{var}.  If @var{degree} is
34155 specified, this will not consider polynomials of degree higher than that
34156 value.  This is a good precaution because otherwise an input of
34157 @samp{(x+1)^1000} will cause a huge coefficient list to be built.  If
34158 @var{loose} is non-@code{nil}, then a looser definition of a polynomial
34159 is used in which coefficients are no longer required not to depend on
34160 @var{var}, but are only required not to take the form of polynomials
34161 themselves.  For example, @samp{sin(x) x^2 + cos(x)} is a loose
34162 polynomial with coefficients @samp{((calcFunc-cos x) 0 (calcFunc-sin
34163 x))}.  The result will never be @code{nil} in loose mode, since any
34164 expression can be interpreted as a ``constant'' loose polynomial.
34165 @end defun
34167 @defun polynomial-base expr pred
34168 Check if @var{expr} is a polynomial in any variable that occurs in it;
34169 if so, return that variable.  (If @var{expr} is a multivariate polynomial,
34170 this chooses one variable arbitrarily.)  If @var{pred} is specified, it should
34171 be a Lisp function which is called as @samp{(@var{pred} @var{subexpr})},
34172 and which should return true if @code{mpb-top-expr} (a global name for
34173 the original @var{expr}) is a suitable polynomial in @var{subexpr}.
34174 The default predicate uses @samp{(polynomial-p mpb-top-expr @var{subexpr})};
34175 you can use @var{pred} to specify additional conditions.  Or, you could
34176 have @var{pred} build up a list of every suitable @var{subexpr} that
34177 is found.
34178 @end defun
34180 @defun poly-simplify poly
34181 Simplify polynomial coefficient list @var{poly} by (destructively)
34182 clipping off trailing zeros.
34183 @end defun
34185 @defun poly-mix a ac b bc
34186 Mix two polynomial lists @var{a} and @var{b} (in the form returned by
34187 @code{is-polynomial}) in a linear combination with coefficient expressions
34188 @var{ac} and @var{bc}.  The result is a (not necessarily simplified)
34189 polynomial list representing @samp{@var{ac} @var{a} + @var{bc} @var{b}}.
34190 @end defun
34192 @defun poly-mul a b
34193 Multiply two polynomial coefficient lists @var{a} and @var{b}.  The
34194 result will be in simplified form if the inputs were simplified.
34195 @end defun
34197 @defun build-polynomial-expr poly var
34198 Construct a Calc formula which represents the polynomial coefficient
34199 list @var{poly} applied to variable @var{var}.  The @kbd{a c}
34200 (@code{calc-collect}) command uses @code{is-polynomial} to turn an
34201 expression into a coefficient list, then @code{build-polynomial-expr}
34202 to turn the list back into an expression in regular form.
34203 @end defun
34205 @defun check-unit-name var
34206 Check if @var{var} is a variable which can be interpreted as a unit
34207 name.  If so, return the units table entry for that unit.  This
34208 will be a list whose first element is the unit name (not counting
34209 prefix characters) as a symbol and whose second element is the
34210 Calc expression which defines the unit.  (Refer to the Calc sources
34211 for details on the remaining elements of this list.)  If @var{var}
34212 is not a variable or is not a unit name, return @code{nil}.
34213 @end defun
34215 @defun units-in-expr-p expr sub-exprs
34216 Return true if @var{expr} contains any variables which can be
34217 interpreted as units.  If @var{sub-exprs} is @code{t}, the entire
34218 expression is searched.  If @var{sub-exprs} is @code{nil}, this
34219 checks whether @var{expr} is directly a units expression.
34220 @end defun
34222 @defun single-units-in-expr-p expr
34223 Check whether @var{expr} contains exactly one units variable.  If so,
34224 return the units table entry for the variable.  If @var{expr} does
34225 not contain any units, return @code{nil}.  If @var{expr} contains
34226 two or more units, return the symbol @code{wrong}.
34227 @end defun
34229 @defun to-standard-units expr which
34230 Convert units expression @var{expr} to base units.  If @var{which}
34231 is @code{nil}, use Calc's native base units.  Otherwise, @var{which}
34232 can specify a units system, which is a list of two-element lists,
34233 where the first element is a Calc base symbol name and the second
34234 is an expression to substitute for it.
34235 @end defun
34237 @defun remove-units expr
34238 Return a copy of @var{expr} with all units variables replaced by ones.
34239 This expression is generally normalized before use.
34240 @end defun
34242 @defun extract-units expr
34243 Return a copy of @var{expr} with everything but units variables replaced
34244 by ones.
34245 @end defun
34247 @node Formatting Lisp Functions, Hooks, Symbolic Lisp Functions, Internals
34248 @subsubsection I/O and Formatting Functions
34250 @noindent
34251 The functions described here are responsible for parsing and formatting
34252 Calc numbers and formulas.
34254 @defun calc-eval str sep arg1 arg2 @dots{}
34255 This is the simplest interface to the Calculator from another Lisp program.
34256 @xref{Calling Calc from Your Programs}.
34257 @end defun
34259 @defun read-number str
34260 If string @var{str} contains a valid Calc number, either integer,
34261 fraction, float, or HMS form, this function parses and returns that
34262 number.  Otherwise, it returns @code{nil}.
34263 @end defun
34265 @defun read-expr str
34266 Read an algebraic expression from string @var{str}.  If @var{str} does
34267 not have the form of a valid expression, return a list of the form
34268 @samp{(error @var{pos} @var{msg})} where @var{pos} is an integer index
34269 into @var{str} of the general location of the error, and @var{msg} is
34270 a string describing the problem.
34271 @end defun
34273 @defun read-exprs str
34274 Read a list of expressions separated by commas, and return it as a
34275 Lisp list.  If an error occurs in any expressions, an error list as
34276 shown above is returned instead.
34277 @end defun
34279 @defun calc-do-alg-entry initial prompt no-norm
34280 Read an algebraic formula or formulas using the minibuffer.  All
34281 conventions of regular algebraic entry are observed.  The return value
34282 is a list of Calc formulas; there will be more than one if the user
34283 entered a list of values separated by commas.  The result is @code{nil}
34284 if the user presses Return with a blank line.  If @var{initial} is
34285 given, it is a string which the minibuffer will initially contain.
34286 If @var{prompt} is given, it is the prompt string to use; the default
34287 is ``Algebraic:''.  If @var{no-norm} is @code{t}, the formulas will
34288 be returned exactly as parsed; otherwise, they will be passed through
34289 @code{calc-normalize} first.
34291 To support the use of @kbd{$} characters in the algebraic entry, use
34292 @code{let} to bind @code{calc-dollar-values} to a list of the values
34293 to be substituted for @kbd{$}, @kbd{$$}, and so on, and bind
34294 @code{calc-dollar-used} to 0.  Upon return, @code{calc-dollar-used}
34295 will have been changed to the highest number of consecutive @kbd{$}s
34296 that actually appeared in the input.
34297 @end defun
34299 @defun format-number a
34300 Convert the real or complex number or HMS form @var{a} to string form.
34301 @end defun
34303 @defun format-flat-expr a prec
34304 Convert the arbitrary Calc number or formula @var{a} to string form,
34305 in the style used by the trail buffer and the @code{calc-edit} command.
34306 This is a simple format designed
34307 mostly to guarantee the string is of a form that can be re-parsed by
34308 @code{read-expr}.  Most formatting modes, such as digit grouping,
34309 complex number format, and point character, are ignored to ensure the
34310 result will be re-readable.  The @var{prec} parameter is normally 0; if
34311 you pass a large integer like 1000 instead, the expression will be
34312 surrounded by parentheses unless it is a plain number or variable name.
34313 @end defun
34315 @defun format-nice-expr a width
34316 This is like @code{format-flat-expr} (with @var{prec} equal to 0),
34317 except that newlines will be inserted to keep lines down to the
34318 specified @var{width}, and vectors that look like matrices or rewrite
34319 rules are written in a pseudo-matrix format.  The @code{calc-edit}
34320 command uses this when only one stack entry is being edited.
34321 @end defun
34323 @defun format-value a width
34324 Convert the Calc number or formula @var{a} to string form, using the
34325 format seen in the stack buffer.  Beware the string returned may
34326 not be re-readable by @code{read-expr}, for example, because of digit
34327 grouping.  Multi-line objects like matrices produce strings that
34328 contain newline characters to separate the lines.  The @var{w}
34329 parameter, if given, is the target window size for which to format
34330 the expressions.  If @var{w} is omitted, the width of the Calculator
34331 window is used.
34332 @end defun
34334 @defun compose-expr a prec
34335 Format the Calc number or formula @var{a} according to the current
34336 language mode, returning a ``composition.''  To learn about the
34337 structure of compositions, see the comments in the Calc source code.
34338 You can specify the format of a given type of function call by putting
34339 a @code{math-compose-@var{lang}} property on the function's symbol,
34340 whose value is a Lisp function that takes @var{a} and @var{prec} as
34341 arguments and returns a composition.  Here @var{lang} is a language
34342 mode name, one of @code{normal}, @code{big}, @code{c}, @code{pascal},
34343 @code{fortran}, @code{tex}, @code{eqn}, @code{math}, or @code{maple}.
34344 In Big mode, Calc actually tries @code{math-compose-big} first, then
34345 tries @code{math-compose-normal}.  If this property does not exist,
34346 or if the function returns @code{nil}, the function is written in the
34347 normal function-call notation for that language.
34348 @end defun
34350 @defun composition-to-string c w
34351 Convert a composition structure returned by @code{compose-expr} into
34352 a string.  Multi-line compositions convert to strings containing
34353 newline characters.  The target window size is given by @var{w}.
34354 The @code{format-value} function basically calls @code{compose-expr}
34355 followed by @code{composition-to-string}.
34356 @end defun
34358 @defun comp-width c
34359 Compute the width in characters of composition @var{c}.
34360 @end defun
34362 @defun comp-height c
34363 Compute the height in lines of composition @var{c}.
34364 @end defun
34366 @defun comp-ascent c
34367 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is on or
34368 above the baseline.  For a one-line composition, this will be one.
34369 @end defun
34371 @defun comp-descent c
34372 Compute the portion of the height of composition @var{c} which is below
34373 the baseline.  For a one-line composition, this will be zero.
34374 @end defun
34376 @defun comp-first-char c
34377 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the first
34378 (leftmost) character of the composition as an integer.  Otherwise,
34379 return @code{nil}.
34380 @end defun
34382 @defun comp-last-char c
34383 If composition @var{c} is a ``flat'' composition, return the last
34384 (rightmost) character, otherwise return @code{nil}.
34385 @end defun
34387 @comment @node Lisp Variables, Hooks, Formatting Lisp Functions, Internals
34388 @comment @subsubsection Lisp Variables
34389 @comment
34390 @comment @noindent
34391 @comment (This section is currently unfinished.)
34393 @node Hooks,  , Formatting Lisp Functions, Internals
34394 @subsubsection Hooks
34396 @noindent
34397 Hooks are variables which contain Lisp functions (or lists of functions)
34398 which are called at various times.  Calc defines a number of hooks
34399 that help you to customize it in various ways.  Calc uses the Lisp
34400 function @code{run-hooks} to invoke the hooks shown below.  Several
34401 other customization-related variables are also described here.
34403 @defvar calc-load-hook
34404 This hook is called at the end of @file{calc.el}, after the file has
34405 been loaded, before any functions in it have been called, but after
34406 @code{calc-mode-map} and similar variables have been set up.
34407 @end defvar
34409 @defvar calc-ext-load-hook
34410 This hook is called at the end of @file{calc-ext.el}.
34411 @end defvar
34413 @defvar calc-start-hook
34414 This hook is called as the last step in a @kbd{M-x calc} command.
34415 At this point, the Calc buffer has been created and initialized if
34416 necessary, the Calc window and trail window have been created,
34417 and the ``Welcome to Calc'' message has been displayed.
34418 @end defvar
34420 @defvar calc-mode-hook
34421 This hook is called when the Calc buffer is being created.  Usually
34422 this will only happen once per Emacs session.  The hook is called
34423 after Emacs has switched to the new buffer, the mode-settings file
34424 has been read if necessary, and all other buffer-local variables
34425 have been set up.  After this hook returns, Calc will perform a
34426 @code{calc-refresh} operation, set up the mode line display, then
34427 evaluate any deferred @code{calc-define} properties that have not
34428 been evaluated yet.
34429 @end defvar
34431 @defvar calc-trail-mode-hook
34432 This hook is called when the Calc Trail buffer is being created.
34433 It is called as the very last step of setting up the Trail buffer.
34434 Like @code{calc-mode-hook}, this will normally happen only once
34435 per Emacs session.
34436 @end defvar
34438 @defvar calc-end-hook
34439 This hook is called by @code{calc-quit}, generally because the user
34440 presses @kbd{q} or @kbd{C-x * c} while in Calc.  The Calc buffer will
34441 be the current buffer.  The hook is called as the very first
34442 step, before the Calc window is destroyed.
34443 @end defvar
34445 @defvar calc-window-hook
34446 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc window.
34447 Upon return, this new Calc window should be the current window.
34448 (The Calc buffer will already be the current buffer when the
34449 hook is called.)  If the hook is not defined, Calc will
34450 generally use @code{split-window}, @code{set-window-buffer},
34451 and @code{select-window} to create the Calc window.
34452 @end defvar
34454 @defvar calc-trail-window-hook
34455 If this hook is non-@code{nil}, it is called to create the Calc Trail
34456 window.  The variable @code{calc-trail-buffer} will contain the buffer
34457 which the window should use.  Unlike @code{calc-window-hook}, this hook
34458 must @emph{not} switch into the new window.
34459 @end defvar
34461 @defvar calc-embedded-mode-hook
34462 This hook is called the first time that Embedded mode is entered.
34463 @end defvar
34465 @defvar calc-embedded-new-buffer-hook
34466 This hook is called each time that Embedded mode is entered in a
34467 new buffer.
34468 @end defvar
34470 @defvar calc-embedded-new-formula-hook
34471 This hook is called each time that Embedded mode is enabled for a
34472 new formula.
34473 @end defvar
34475 @defvar calc-edit-mode-hook
34476 This hook is called by @code{calc-edit} (and the other ``edit''
34477 commands) when the temporary editing buffer is being created.
34478 The buffer will have been selected and set up to be in
34479 @code{calc-edit-mode}, but will not yet have been filled with
34480 text.  (In fact it may still have leftover text from a previous
34481 @code{calc-edit} command.)
34482 @end defvar
34484 @defvar calc-mode-save-hook
34485 This hook is called by the @code{calc-save-modes} command,
34486 after Calc's own mode features have been inserted into the
34487 Calc init file and just before the ``End of mode settings''
34488 message is inserted.
34489 @end defvar
34491 @defvar calc-reset-hook
34492 This hook is called after @kbd{C-x * 0} (@code{calc-reset}) has
34493 reset all modes.  The Calc buffer will be the current buffer.
34494 @end defvar
34496 @defvar calc-other-modes
34497 This variable contains a list of strings.  The strings are
34498 concatenated at the end of the modes portion of the Calc
34499 mode line (after standard modes such as ``Deg'', ``Inv'' and
34500 ``Hyp'').  Each string should be a short, single word followed
34501 by a space.  The variable is @code{nil} by default.
34502 @end defvar
34504 @defvar calc-mode-map
34505 This is the keymap that is used by Calc mode.  The best time
34506 to adjust it is probably in a @code{calc-mode-hook}.  If the
34507 Calc extensions package (@file{calc-ext.el}) has not yet been
34508 loaded, many of these keys will be bound to @code{calc-missing-key},
34509 which is a command that loads the extensions package and
34510 ``retypes'' the key.  If your @code{calc-mode-hook} rebinds
34511 one of these keys, it will probably be overridden when the
34512 extensions are loaded.
34513 @end defvar
34515 @defvar calc-digit-map
34516 This is the keymap that is used during numeric entry.  Numeric
34517 entry uses the minibuffer, but this map binds every non-numeric
34518 key to @code{calcDigit-nondigit} which generally calls
34519 @code{exit-minibuffer} and ``retypes'' the key.
34520 @end defvar
34522 @defvar calc-alg-ent-map
34523 This is the keymap that is used during algebraic entry.  This is
34524 mostly a copy of @code{minibuffer-local-map}.
34525 @end defvar
34527 @defvar calc-store-var-map
34528 This is the keymap that is used during entry of variable names for
34529 commands like @code{calc-store} and @code{calc-recall}.  This is
34530 mostly a copy of @code{minibuffer-local-completion-map}.
34531 @end defvar
34533 @defvar calc-edit-mode-map
34534 This is the (sparse) keymap used by @code{calc-edit} and other
34535 temporary editing commands.  It binds @key{RET}, @key{LFD},
34536 and @kbd{C-c C-c} to @code{calc-edit-finish}.
34537 @end defvar
34539 @defvar calc-mode-var-list
34540 This is a list of variables which are saved by @code{calc-save-modes}.
34541 Each entry is a list of two items, the variable (as a Lisp symbol)
34542 and its default value.  When modes are being saved, each variable
34543 is compared with its default value (using @code{equal}) and any
34544 non-default variables are written out.
34545 @end defvar
34547 @defvar calc-local-var-list
34548 This is a list of variables which should be buffer-local to the
34549 Calc buffer.  Each entry is a variable name (as a Lisp symbol).
34550 These variables also have their default values manipulated by
34551 the @code{calc} and @code{calc-quit} commands; @pxref{Multiple Calculators}.
34552 Since @code{calc-mode-hook} is called after this list has been
34553 used the first time, your hook should add a variable to the
34554 list and also call @code{make-local-variable} itself.
34555 @end defvar
34557 @node Copying, GNU Free Documentation License, Programming, Top
34558 @appendix GNU GENERAL PUBLIC LICENSE
34559 @include gpl.texi
34561 @node GNU Free Documentation License, Customizing Calc, Copying, Top
34562 @appendix GNU Free Documentation License
34563 @include doclicense.texi
34565 @node Customizing Calc, Reporting Bugs, GNU Free Documentation License, Top
34566 @appendix Customizing Calc
34568 The usual prefix for Calc is the key sequence @kbd{C-x *}.  If you wish
34569 to use a different prefix, you can put
34571 @example
34572 (global-set-key "NEWPREFIX" 'calc-dispatch)
34573 @end example
34575 @noindent
34576 in your .emacs file.  
34577 (@xref{Key Bindings,,Customizing Key Bindings,emacs,
34578 The GNU Emacs Manual}, for more information on binding keys.)
34579 A convenient way to start Calc is with @kbd{C-x * *}; to make it equally
34580 convenient for users who use a different prefix, the prefix can be
34581 followed by  @kbd{=}, @kbd{&}, @kbd{#}, @kbd{\}, @kbd{/}, @kbd{+} or
34582 @kbd{-} as well as @kbd{*} to start Calc, and so in many cases the last
34583 character of the prefix can simply be typed twice.
34585 Calc is controlled by many variables, most of which can be reset
34586 from within Calc.  Some variables are less involved with actual
34587 calculation, and can be set outside of Calc using Emacs's
34588 customization facilities.  These variables are listed below.
34589 Typing @kbd{M-x customize-variable RET @var{variable-name} RET}
34590 will bring up a buffer in which the variable's value can be redefined.
34591 Typing @kbd{M-x customize-group RET calc RET} will bring up a buffer which
34592 contains all of Calc's customizable variables.  (These variables can
34593 also be reset by putting the appropriate lines in your .emacs file;
34594 @xref{Init File, ,Init File, emacs, The GNU Emacs Manual}.)
34596 Some of the customizable variables are regular expressions.  A regular
34597 expression is basically a pattern that Calc can search for.
34598 See @ref{Regexp Search,, Regular Expression Search, emacs, The GNU Emacs Manual}
34599 to see how regular expressions work.
34601 @defvar calc-settings-file
34602 The variable @code{calc-settings-file} holds the file name in
34603 which commands like @kbd{m m} and @kbd{Z P} store ``permanent''
34604 definitions.  
34605 If @code{calc-settings-file} is not your user init file (typically
34606 @file{~/.emacs}) and if the variable @code{calc-loaded-settings-file} is
34607 @code{nil}, then Calc will automatically load your settings file (if it
34608 exists) the first time Calc is invoked.
34610 The default value for this variable is @code{"~/.calc.el"}.
34611 @end defvar
34613 @defvar calc-gnuplot-name
34614 See @ref{Graphics}.@*
34615 The variable @code{calc-gnuplot-name} should be the name of the
34616 GNUPLOT program (a string).  If you have GNUPLOT installed on your
34617 system but Calc is unable to find it, you may need to set this
34618 variable.  You may also need to set some Lisp variables to show Calc how
34619 to run GNUPLOT on your system, see @ref{Devices, ,Graphical Devices} .
34620 The default value of @code{calc-gnuplot-name} is @code{"gnuplot"}.
34621 @end defvar
34623 @defvar  calc-gnuplot-plot-command
34624 @defvarx calc-gnuplot-print-command
34625 See @ref{Devices, ,Graphical Devices}.@*
34626 The variables @code{calc-gnuplot-plot-command} and
34627 @code{calc-gnuplot-print-command} represent system commands to
34628 display and print the output of GNUPLOT, respectively.  These may be
34629 @code{nil} if no command is necessary, or strings which can include
34630 @samp{%s} to signify the name of the file to be displayed or printed.
34631 Or, these variables may contain Lisp expressions which are evaluated
34632 to display or print the output.
34634 The default value of @code{calc-gnuplot-plot-command} is @code{nil},
34635 and the default value of @code{calc-gnuplot-print-command} is
34636 @code{"lp %s"}.
34637 @end defvar
34639 @defvar calc-language-alist
34640 See @ref{Basic Embedded Mode}.@*
34641 The variable @code{calc-language-alist} controls the languages that
34642 Calc will associate with major modes.  When Calc embedded mode is
34643 enabled, it will try to use the current major mode to
34644 determine what language should be used.  (This can be overridden using
34645 Calc's mode changing commands, @xref{Mode Settings in Embedded Mode}.)
34646 The variable @code{calc-language-alist} consists of a list of pairs of
34647 the form  @code{(@var{MAJOR-MODE} . @var{LANGUAGE})}; for example, 
34648 @code{(latex-mode . latex)} is one such pair.  If Calc embedded is
34649 activated in a buffer whose major mode is @var{MAJOR-MODE}, it will set itself
34650 to use the language @var{LANGUAGE}.
34652 The default value of @code{calc-language-alist} is
34653 @example
34654    ((latex-mode . latex)
34655     (tex-mode   . tex)
34656     (plain-tex-mode . tex)
34657     (context-mode . tex)
34658     (nroff-mode . eqn)
34659     (pascal-mode . pascal)
34660     (c-mode . c)
34661     (c++-mode . c)
34662     (fortran-mode . fortran)
34663     (f90-mode . fortran))
34664 @end example
34665 @end defvar
34667 @defvar calc-embedded-announce-formula
34668 @defvarx calc-embedded-announce-formula-alist
34669 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34670 The variable @code{calc-embedded-announce-formula} helps determine
34671 what formulas @kbd{C-x * a} will activate in a buffer.  It is a
34672 regular expression, and when activating embedded formulas with
34673 @kbd{C-x * a}, it will tell Calc that what follows is a formula to be
34674 activated.  (Calc also uses other patterns to find formulas, such as
34675 @samp{=>} and @samp{:=}.)  
34677 The default pattern is @code{"%Embed\n\\(% .*\n\\)*"}, which checks
34678 for @samp{%Embed} followed by any number of lines beginning with
34679 @samp{%} and a space.
34681 The variable @code{calc-embedded-announce-formula-alist} is used to
34682 set @code{calc-embedded-announce-formula} to different regular
34683 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
34684 It consists of a list of pairs of the form @code{(@var{MAJOR-MODE} .
34685 @var{REGEXP})}, and its default value is
34686 @example
34687    ((c++-mode     . "//Embed\n\\(// .*\n\\)*")
34688     (c-mode       . "/\\*Embed\\*/\n\\(/\\* .*\\*/\n\\)*")
34689     (f90-mode     . "!Embed\n\\(! .*\n\\)*")
34690     (fortran-mode . "C Embed\n\\(C .*\n\\)*")
34691     (html-helper-mode . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34692     (html-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34693     (nroff-mode   . "\\\\\"Embed\n\\(\\\\\" .*\n\\)*")
34694     (pascal-mode  . "@{Embed@}\n\\(@{.*@}\n\\)*")
34695     (sgml-mode    . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34696     (xml-mode     . "<!-- Embed -->\n\\(<!-- .* -->\n\\)*")
34697     (texinfo-mode . "@@c Embed\n\\(@@c .*\n\\)*"))
34698 @end example
34699 Any major modes added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
34700 should also be added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist} 
34701 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
34702 @end defvar
34704 @defvar  calc-embedded-open-formula
34705 @defvarx calc-embedded-close-formula
34706 @defvarx calc-embedded-open-close-formula-alist
34707 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34708 The variables @code{calc-embedded-open-formula} and
34709 @code{calc-embedded-open-formula} control the region that Calc will
34710 activate as a formula when Embedded mode is entered with @kbd{C-x * e}.
34711 They are regular expressions; 
34712 Calc normally scans backward and forward in the buffer for the
34713 nearest text matching these regular expressions to be the ``formula
34714 delimiters''.
34716 The simplest delimiters are blank lines.  Other delimiters that
34717 Embedded mode understands by default are:
34718 @enumerate
34719 @item
34720 The @TeX{} and La@TeX{} math delimiters @samp{$ $}, @samp{$$ $$},
34721 @samp{\[ \]}, and @samp{\( \)};
34722 @item
34723 Lines beginning with @samp{\begin} and @samp{\end} (except matrix delimiters);
34724 @item
34725 Lines beginning with @samp{@@} (Texinfo delimiters).
34726 @item
34727 Lines beginning with @samp{.EQ} and @samp{.EN} (@dfn{eqn} delimiters);
34728 @item
34729 Lines containing a single @samp{%} or @samp{.\"} symbol and nothing else.
34730 @end enumerate
34732 The variable @code{calc-embedded-open-close-formula-alist} is used to
34733 set @code{calc-embedded-open-formula} and
34734 @code{calc-embedded-close-formula} to different regular
34735 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
34736 It consists of a list of lists of the form 
34737 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-FORMULA-REGEXP}
34738 @var{CLOSE-FORMULA-REGEXP})}, and its default value is
34739 @code{nil}.
34740 @end defvar
34742 @defvar  calc-embedded-open-word
34743 @defvarx calc-embedded-close-word
34744 @defvarx calc-embedded-open-close-word-alist
34745 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34746 The variables @code{calc-embedded-open-word} and
34747 @code{calc-embedded-close-word} control the region that Calc will
34748 activate when Embedded mode is entered with @kbd{C-x * w}.  They are
34749 regular expressions.
34751 The default values of @code{calc-embedded-open-word} and
34752 @code{calc-embedded-close-word} are @code{"^\\|[^-+0-9.eE]"} and 
34753 @code{"$\\|[^-+0-9.eE]"} respectively.
34755 The variable @code{calc-embedded-open-close-word-alist} is used to
34756 set @code{calc-embedded-open-word} and
34757 @code{calc-embedded-close-word} to different regular
34758 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
34759 It consists of a list of lists of the form 
34760 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-WORD-REGEXP}
34761 @var{CLOSE-WORD-REGEXP})}, and its default value is
34762 @code{nil}.
34763 @end defvar
34765 @defvar  calc-embedded-open-plain
34766 @defvarx calc-embedded-close-plain
34767 @defvarx calc-embedded-open-close-plain-alist
34768 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34769 The variables @code{calc-embedded-open-plain} and
34770 @code{calc-embedded-open-plain} are used to delimit ``plain''
34771 formulas.  Note that these are actual strings, not regular
34772 expressions, because Calc must be able to write these string into a
34773 buffer as well as to recognize them.
34775 The default string for @code{calc-embedded-open-plain} is 
34776 @code{"%%% "}, note the trailing space.  The default string for 
34777 @code{calc-embedded-close-plain} is @code{" %%%\n"}, without
34778 the trailing newline here, the first line of a Big mode formula
34779 that followed might be shifted over with respect to the other lines.
34781 The variable @code{calc-embedded-open-close-plain-alist} is used to
34782 set @code{calc-embedded-open-plain} and
34783 @code{calc-embedded-close-plain} to different strings
34784 depending on the major mode of the editing buffer.
34785 It consists of a list of lists of the form 
34786 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-PLAIN-STRING}
34787 @var{CLOSE-PLAIN-STRING})}, and its default value is
34788 @example
34789    ((c++-mode     "// %% "   " %%\n")
34790     (c-mode       "/* %% "   " %% */\n")
34791     (f90-mode     "! %% "    " %%\n")
34792     (fortran-mode "C %% "    " %%\n")
34793     (html-helper-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
34794     (html-mode "<!-- %% " " %% -->\n")
34795     (nroff-mode   "\\\" %% " " %%\n")
34796     (pascal-mode  "@{%% "    " %%@}\n")
34797     (sgml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
34798     (xml-mode     "<!-- %% " " %% -->\n")
34799     (texinfo-mode "@@c %% "   " %%\n"))
34800 @end example
34801 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}
34802 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
34803 and @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}.
34804 @end defvar
34806 @defvar  calc-embedded-open-new-formula
34807 @defvarx calc-embedded-close-new-formula
34808 @defvarx calc-embedded-open-close-new-formula-alist
34809 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34810 The variables @code{calc-embedded-open-new-formula} and
34811 @code{calc-embedded-close-new-formula} are strings which are
34812 inserted before and after a new formula when you type @kbd{C-x * f}.
34814 The default value of @code{calc-embedded-open-new-formula} is
34815 @code{"\n\n"}.  If this string begins with a newline character and the
34816 @kbd{C-x * f} is typed at the beginning of a line, @kbd{C-x * f} will skip
34817 this first newline to avoid introducing unnecessary blank lines in the
34818 file.  The default value of @code{calc-embedded-close-new-formula} is
34819 also @code{"\n\n"}.  The final newline is omitted by @w{@kbd{C-x * f}}
34820 if typed at the end of a line.  (It follows that if @kbd{C-x * f} is
34821 typed on a blank line, both a leading opening newline and a trailing
34822 closing newline are omitted.)
34824 The variable @code{calc-embedded-open-close-new-formula-alist} is used to
34825 set @code{calc-embedded-open-new-formula} and
34826 @code{calc-embedded-close-new-formula} to different strings
34827 depending on the major mode of the editing buffer.
34828 It consists of a list of lists of the form 
34829 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-NEW-FORMULA-STRING}
34830 @var{CLOSE-NEW-FORMULA-STRING})}, and its default value is
34831 @code{nil}.
34832 @end defvar
34834 @defvar  calc-embedded-open-mode
34835 @defvarx calc-embedded-close-mode
34836 @defvarx calc-embedded-open-close-mode-alist
34837 See @ref{Customizing Embedded Mode}.@*
34838 The variables @code{calc-embedded-open-mode} and
34839 @code{calc-embedded-close-mode} are strings which Calc will place before
34840 and after any mode annotations that it inserts.  Calc never scans for
34841 these strings; Calc always looks for the annotation itself, so it is not
34842 necessary to add them to user-written annotations.
34844 The default value of @code{calc-embedded-open-mode} is @code{"% "}
34845 and the default value of @code{calc-embedded-close-mode} is
34846 @code{"\n"}.  
34847 If you change the value of @code{calc-embedded-close-mode}, it is a good
34848 idea still to end with a newline so that mode annotations will appear on
34849 lines by themselves.
34851 The variable @code{calc-embedded-open-close-mode-alist} is used to
34852 set @code{calc-embedded-open-mode} and
34853 @code{calc-embedded-close-mode} to different strings
34854 expressions depending on the major mode of the editing buffer.
34855 It consists of a list of lists of the form 
34856 @code{(@var{MAJOR-MODE}  @var{OPEN-MODE-STRING}
34857 @var{CLOSE-MODE-STRING})}, and its default value is
34858 @example
34859    ((c++-mode     "// "   "\n")
34860     (c-mode       "/* "   " */\n")
34861     (f90-mode     "! "    "\n")
34862     (fortran-mode "C "    "\n")
34863     (html-helper-mode "<!-- " " -->\n")
34864     (html-mode    "<!-- " " -->\n")
34865     (nroff-mode   "\\\" " "\n")
34866     (pascal-mode  "@{ "    " @}\n")
34867     (sgml-mode    "<!-- " " -->\n")
34868     (xml-mode     "<!-- " " -->\n")
34869     (texinfo-mode "@@c "   "\n"))
34870 @end example
34871 Any major modes added to @code{calc-embedded-open-close-mode-alist}
34872 should also be added to @code{calc-embedded-announce-formula-alist}
34873 and @code{calc-embedded-open-close-plain-alist}.
34874 @end defvar
34876 @defvar calc-multiplication-has-precedence
34877 The variable @code{calc-multiplication-has-precedence} determines
34878 whether multiplication has precedence over division in algebraic
34879 formulas in normal language modes.  If
34880 @code{calc-multiplication-has-precedence} is non-@code{nil}, then
34881 multiplication has precedence (and, for certain obscure reasons, is
34882 right associative), and so for example @samp{a/b*c} will be interpreted
34883 as @samp{a/(b*c)}. If @code{calc-multiplication-has-precedence} is
34884 @code{nil}, then multiplication has the same precedence as division
34885 (and, like division, is left associative), and so for example
34886 @samp{a/b*c} will be interpreted as @samp{(a/b)*c}.  The default value
34887 of @code{calc-multiplication-has-precedence} is @code{t}.
34888 @end defvar
34890 @node Reporting Bugs, Summary, Customizing Calc, Top
34891 @appendix Reporting Bugs
34893 @noindent
34894 If you find a bug in Calc, send e-mail to Jay Belanger,
34896 @example
34897 jay.p.belanger@@gmail.com
34898 @end example
34900 @noindent
34901 There is an automatic command @kbd{M-x report-calc-bug} which helps
34902 you to report bugs.  This command prompts you for a brief subject
34903 line, then leaves you in a mail editing buffer.  Type @kbd{C-c C-c} to
34904 send your mail.  Make sure your subject line indicates that you are
34905 reporting a Calc bug; this command sends mail to the maintainer's
34906 regular mailbox.
34908 If you have suggestions for additional features for Calc, please send
34909 them.  Some have dared to suggest that Calc is already top-heavy with
34910 features; this obviously cannot be the case, so if you have ideas, send
34911 them right in.
34913 At the front of the source file, @file{calc.el}, is a list of ideas for
34914 future work.  If any enthusiastic souls wish to take it upon themselves
34915 to work on these, please send a message (using @kbd{M-x report-calc-bug})
34916 so any efforts can be coordinated.
34918 The latest version of Calc is available from Savannah, in the Emacs
34919 CVS tree.  See @uref{http://savannah.gnu.org/projects/emacs}.
34921 @c [summary]
34922 @node Summary, Key Index, Reporting Bugs, Top
34923 @appendix Calc Summary
34925 @noindent
34926 This section includes a complete list of Calc 2.1 keystroke commands.
34927 Each line lists the stack entries used by the command (top-of-stack
34928 last), the keystrokes themselves, the prompts asked by the command,
34929 and the result of the command (also with top-of-stack last).
34930 The result is expressed using the equivalent algebraic function.
34931 Commands which put no results on the stack show the full @kbd{M-x}
34932 command name in that position.  Numbers preceding the result or
34933 command name refer to notes at the end.
34935 Algebraic functions and @kbd{M-x} commands that don't have corresponding
34936 keystrokes are not listed in this summary.
34937 @xref{Command Index}.  @xref{Function Index}.
34939 @iftex
34940 @begingroup
34941 @tex
34942 \vskip-2\baselineskip \null
34943 \gdef\sumrow#1{\sumrowx#1\relax}%
34944 \gdef\sumrowx#1\:#2\:#3\:#4\:#5\:#6\relax{%
34945 \leavevmode%
34946 {\smallfonts
34947 \hbox to5em{\sl\hss#1}%
34948 \hbox to5em{\tt#2\hss}%
34949 \hbox to4em{\sl#3\hss}%
34950 \hbox to5em{\rm\hss#4}%
34951 \thinspace%
34952 {\tt#5}%
34953 {\sl#6}%
34955 \gdef\sumlpar{{\rm(}}%
34956 \gdef\sumrpar{{\rm)}}%
34957 \gdef\sumcomma{{\rm,\thinspace}}%
34958 \gdef\sumexcl{{\rm!}}%
34959 \gdef\sumbreak{\vskip-2.5\baselineskip\goodbreak}%
34960 \gdef\minus#1{{\tt-}}%
34961 @end tex
34962 @let@:=@sumsep
34963 @let@r=@sumrow
34964 @catcode`@(=@active @let(=@sumlpar
34965 @catcode`@)=@active @let)=@sumrpar
34966 @catcode`@,=@active @let,=@sumcomma
34967 @catcode`@!=@active @let!=@sumexcl
34968 @end iftex
34969 @format
34970 @iftex
34971 @advance@baselineskip-2.5pt
34972 @let@c@sumbreak
34973 @end iftex
34974 @r{       @:     C-x * a  @:             @:    33  @:calc-embedded-activate@:}
34975 @r{       @:     C-x * b  @:             @:        @:calc-big-or-small@:}
34976 @r{       @:     C-x * c  @:             @:        @:calc@:}
34977 @r{       @:     C-x * d  @:             @:        @:calc-embedded-duplicate@:}
34978 @r{       @:     C-x * e  @:             @:    34  @:calc-embedded@:}
34979 @r{       @:     C-x * f  @:formula      @:        @:calc-embedded-new-formula@:}
34980 @r{       @:     C-x * g  @:             @:    35  @:calc-grab-region@:}
34981 @r{       @:     C-x * i  @:             @:        @:calc-info@:}
34982 @r{       @:     C-x * j  @:             @:        @:calc-embedded-select@:}
34983 @r{       @:     C-x * k  @:             @:        @:calc-keypad@:}
34984 @r{       @:     C-x * l  @:             @:        @:calc-load-everything@:}
34985 @r{       @:     C-x * m  @:             @:        @:read-kbd-macro@:}
34986 @r{       @:     C-x * n  @:             @:     4  @:calc-embedded-next@:}
34987 @r{       @:     C-x * o  @:             @:        @:calc-other-window@:}
34988 @r{       @:     C-x * p  @:             @:     4  @:calc-embedded-previous@:}
34989 @r{       @:     C-x * q  @:formula      @:        @:quick-calc@:}
34990 @r{       @:     C-x * r  @:             @:    36  @:calc-grab-rectangle@:}
34991 @r{       @:     C-x * s  @:             @:        @:calc-info-summary@:}
34992 @r{       @:     C-x * t  @:             @:        @:calc-tutorial@:}
34993 @r{       @:     C-x * u  @:             @:        @:calc-embedded-update-formula@:}
34994 @r{       @:     C-x * w  @:             @:        @:calc-embedded-word@:}
34995 @r{       @:     C-x * x  @:             @:        @:calc-quit@:}
34996 @r{       @:     C-x * y  @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
34997 @r{       @:     C-x * z  @:             @:        @:calc-user-invocation@:}
34998 @r{       @:     C-x * :  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-down@:}
34999 @r{       @:     C-x * _  @:             @:    36  @:calc-grab-sum-across@:}
35000 @r{       @:     C-x * `  @:editing      @:    30  @:calc-embedded-edit@:}
35001 @r{       @:     C-x * 0  @:(zero)       @:        @:calc-reset@:}
35004 @r{       @:      0-9   @:number       @:        @:@:number}
35005 @r{       @:      .     @:number       @:        @:@:0.number}
35006 @r{       @:      _     @:number       @:        @:-@:number}
35007 @r{       @:      e     @:number       @:        @:@:1e number}
35008 @r{       @:      #     @:number       @:        @:@:current-radix@tfn{#}number}
35009 @r{       @:      P     @:(in number)  @:        @:+/-@:}
35010 @r{       @:      M     @:(in number)  @:        @:mod@:}
35011 @r{       @:      @@ ' " @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35012 @r{       @:      h m s @:  (in number)@:        @:@:HMS form}
35015 @r{       @:      '     @:formula      @: 37,46  @:@:formula}
35016 @r{       @:      $     @:formula      @: 37,46  @:$@:formula}
35017 @r{       @:      "     @:string       @: 37,46  @:@:string}
35020 @r{    a b@:      +     @:             @:     2  @:add@:(a,b)  a+b}
35021 @r{    a b@:      -     @:             @:     2  @:sub@:(a,b)  a@minus{}b}
35022 @r{    a b@:      *     @:             @:     2  @:mul@:(a,b)  a b, a*b}
35023 @r{    a b@:      /     @:             @:     2  @:div@:(a,b)  a/b}
35024 @r{    a b@:      ^     @:             @:     2  @:pow@:(a,b)  a^b}
35025 @r{    a b@:    I ^     @:             @:     2  @:nroot@:(a,b)  a^(1/b)}
35026 @r{    a b@:      %     @:             @:     2  @:mod@:(a,b)  a%b}
35027 @r{    a b@:      \     @:             @:     2  @:idiv@:(a,b)  a\b}
35028 @r{    a b@:      :     @:             @:     2  @:fdiv@:(a,b)}
35029 @r{    a b@:      |     @:             @:     2  @:vconcat@:(a,b)  a|b}
35030 @r{    a b@:    I |     @:             @:        @:vconcat@:(b,a)  b|a}
35031 @r{    a b@:    H |     @:             @:     2  @:append@:(a,b)}
35032 @r{    a b@:  I H |     @:             @:        @:append@:(b,a)}
35033 @r{      a@:      &     @:             @:     1  @:inv@:(a)  1/a}
35034 @r{      a@:      !     @:             @:     1  @:fact@:(a)  a!}
35035 @r{      a@:      =     @:             @:     1  @:evalv@:(a)}
35036 @r{      a@:      M-%   @:             @:        @:percent@:(a)  a%}
35039 @r{  ... a@:      @key{RET}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35040 @r{  ... a@:      @key{SPC}   @:             @:     1  @:@:... a a}
35041 @r{... a b@:      @key{TAB}   @:             @:     3  @:@:... b a}
35042 @r{. a b c@:      M-@key{TAB} @:             @:     3  @:@:... b c a}
35043 @r{... a b@:      @key{LFD}   @:             @:     1  @:@:... a b a}
35044 @r{  ... a@:      @key{DEL}   @:             @:     1  @:@:...}
35045 @r{... a b@:      M-@key{DEL} @:             @:     1  @:@:... b}
35046 @r{       @:      M-@key{RET} @:             @:     4  @:calc-last-args@:}
35047 @r{      a@:      `     @:editing      @:  1,30  @:calc-edit@:}
35050 @r{  ... a@:      C-d   @:             @:     1  @:@:...}
35051 @r{       @:      C-k   @:             @:    27  @:calc-kill@:}
35052 @r{       @:      C-w   @:             @:    27  @:calc-kill-region@:}
35053 @r{       @:      C-y   @:             @:        @:calc-yank@:}
35054 @r{       @:      C-_   @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35055 @r{       @:      M-k   @:             @:    27  @:calc-copy-as-kill@:}
35056 @r{       @:      M-w   @:             @:    27  @:calc-copy-region-as-kill@:}
35059 @r{       @:      [     @:             @:        @:@:[...}
35060 @r{[.. a b@:      ]     @:             @:        @:@:[a,b]}
35061 @r{       @:      (     @:             @:        @:@:(...}
35062 @r{(.. a b@:      )     @:             @:        @:@:(a,b)}
35063 @r{       @:      ,     @:             @:        @:@:vector or rect complex}
35064 @r{       @:      ;     @:             @:        @:@:matrix or polar complex}
35065 @r{       @:      ..    @:             @:        @:@:interval}
35068 @r{       @:      ~     @:             @:        @:calc-num-prefix@:}
35069 @r{       @:      <     @:             @:     4  @:calc-scroll-left@:}
35070 @r{       @:      >     @:             @:     4  @:calc-scroll-right@:}
35071 @r{       @:      @{     @:             @:     4  @:calc-scroll-down@:}
35072 @r{       @:      @}     @:             @:     4  @:calc-scroll-up@:}
35073 @r{       @:      ?     @:             @:        @:calc-help@:}
35076 @r{      a@:      n     @:             @:     1  @:neg@:(a)  @minus{}a}
35077 @r{       @:      o     @:             @:     4  @:calc-realign@:}
35078 @r{       @:      p     @:precision    @:    31  @:calc-precision@:}
35079 @r{       @:      q     @:             @:        @:calc-quit@:}
35080 @r{       @:      w     @:             @:        @:calc-why@:}
35081 @r{       @:      x     @:command      @:        @:M-x calc-@:command}
35082 @r{      a@:      y     @:            @:1,28,49  @:calc-copy-to-buffer@:}
35085 @r{      a@:      A     @:             @:     1  @:abs@:(a)}
35086 @r{    a b@:      B     @:             @:     2  @:log@:(a,b)}
35087 @r{    a b@:    I B     @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35088 @r{      a@:      C     @:             @:     1  @:cos@:(a)}
35089 @r{      a@:    I C     @:             @:     1  @:arccos@:(a)}
35090 @r{      a@:    H C     @:             @:     1  @:cosh@:(a)}
35091 @r{      a@:  I H C     @:             @:     1  @:arccosh@:(a)}
35092 @r{       @:      D     @:             @:     4  @:calc-redo@:}
35093 @r{      a@:      E     @:             @:     1  @:exp@:(a)}
35094 @r{      a@:    H E     @:             @:     1  @:exp10@:(a)  10.^a}
35095 @r{      a@:      F     @:             @:  1,11  @:floor@:(a,d)}
35096 @r{      a@:    I F     @:             @:  1,11  @:ceil@:(a,d)}
35097 @r{      a@:    H F     @:             @:  1,11  @:ffloor@:(a,d)}
35098 @r{      a@:  I H F     @:             @:  1,11  @:fceil@:(a,d)}
35099 @r{      a@:      G     @:             @:     1  @:arg@:(a)}
35100 @r{       @:      H     @:command      @:    32  @:@:Hyperbolic}
35101 @r{       @:      I     @:command      @:    32  @:@:Inverse}
35102 @r{      a@:      J     @:             @:     1  @:conj@:(a)}
35103 @r{       @:      K     @:command      @:    32  @:@:Keep-args}
35104 @r{      a@:      L     @:             @:     1  @:ln@:(a)}
35105 @r{      a@:    H L     @:             @:     1  @:log10@:(a)}
35106 @r{       @:      M     @:             @:        @:calc-more-recursion-depth@:}
35107 @r{       @:    I M     @:             @:        @:calc-less-recursion-depth@:}
35108 @r{      a@:      N     @:             @:     5  @:evalvn@:(a)}
35109 @r{       @:      P     @:             @:        @:@:pi}
35110 @r{       @:    I P     @:             @:        @:@:gamma}
35111 @r{       @:    H P     @:             @:        @:@:e}
35112 @r{       @:  I H P     @:             @:        @:@:phi}
35113 @r{      a@:      Q     @:             @:     1  @:sqrt@:(a)}
35114 @r{      a@:    I Q     @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35115 @r{      a@:      R     @:             @:  1,11  @:round@:(a,d)}
35116 @r{      a@:    I R     @:             @:  1,11  @:trunc@:(a,d)}
35117 @r{      a@:    H R     @:             @:  1,11  @:fround@:(a,d)}
35118 @r{      a@:  I H R     @:             @:  1,11  @:ftrunc@:(a,d)}
35119 @r{      a@:      S     @:             @:     1  @:sin@:(a)}
35120 @r{      a@:    I S     @:             @:     1  @:arcsin@:(a)}
35121 @r{      a@:    H S     @:             @:     1  @:sinh@:(a)}
35122 @r{      a@:  I H S     @:             @:     1  @:arcsinh@:(a)}
35123 @r{      a@:      T     @:             @:     1  @:tan@:(a)}
35124 @r{      a@:    I T     @:             @:     1  @:arctan@:(a)}
35125 @r{      a@:    H T     @:             @:     1  @:tanh@:(a)}
35126 @r{      a@:  I H T     @:             @:     1  @:arctanh@:(a)}
35127 @r{       @:      U     @:             @:     4  @:calc-undo@:}
35128 @r{       @:      X     @:             @:     4  @:calc-call-last-kbd-macro@:}
35131 @r{    a b@:      a =   @:             @:     2  @:eq@:(a,b)  a=b}
35132 @r{    a b@:      a #   @:             @:     2  @:neq@:(a,b)  a!=b}
35133 @r{    a b@:      a <   @:             @:     2  @:lt@:(a,b)  a<b}
35134 @r{    a b@:      a >   @:             @:     2  @:gt@:(a,b)  a>b}
35135 @r{    a b@:      a [   @:             @:     2  @:leq@:(a,b)  a<=b}
35136 @r{    a b@:      a ]   @:             @:     2  @:geq@:(a,b)  a>=b}
35137 @r{    a b@:      a @{   @:             @:     2  @:in@:(a,b)}
35138 @r{    a b@:      a &   @:             @:  2,45  @:land@:(a,b)  a&&b}
35139 @r{    a b@:      a |   @:             @:  2,45  @:lor@:(a,b)  a||b}
35140 @r{      a@:      a !   @:             @:  1,45  @:lnot@:(a)  !a}
35141 @r{  a b c@:      a :   @:             @:    45  @:if@:(a,b,c)  a?b:c}
35142 @r{      a@:      a .   @:             @:     1  @:rmeq@:(a)}
35143 @r{      a@:      a "   @:             @:   7,8  @:calc-expand-formula@:}
35146 @r{      a@:      a +   @:i, l, h      @:  6,38  @:sum@:(a,i,l,h)}
35147 @r{      a@:      a -   @:i, l, h      @:  6,38  @:asum@:(a,i,l,h)}
35148 @r{      a@:      a *   @:i, l, h      @:  6,38  @:prod@:(a,i,l,h)}
35149 @r{    a b@:      a _   @:             @:     2  @:subscr@:(a,b)  a_b}
35152 @r{    a b@:      a \   @:             @:     2  @:pdiv@:(a,b)}
35153 @r{    a b@:      a %   @:             @:     2  @:prem@:(a,b)}
35154 @r{    a b@:      a /   @:             @:     2  @:pdivrem@:(a,b)  [q,r]}
35155 @r{    a b@:    H a /   @:             @:     2  @:pdivide@:(a,b)  q+r/b}
35158 @r{      a@:      a a   @:             @:     1  @:apart@:(a)}
35159 @r{      a@:      a b   @:old, new     @:    38  @:subst@:(a,old,new)}
35160 @r{      a@:      a c   @:v            @:    38  @:collect@:(a,v)}
35161 @r{      a@:      a d   @:v            @:  4,38  @:deriv@:(a,v)}
35162 @r{      a@:    H a d   @:v            @:  4,38  @:tderiv@:(a,v)}
35163 @r{      a@:      a e   @:             @:        @:esimplify@:(a)}
35164 @r{      a@:      a f   @:             @:     1  @:factor@:(a)}
35165 @r{      a@:    H a f   @:             @:     1  @:factors@:(a)}
35166 @r{    a b@:      a g   @:             @:     2  @:pgcd@:(a,b)}
35167 @r{      a@:      a i   @:v            @:    38  @:integ@:(a,v)}
35168 @r{      a@:      a m   @:pats         @:    38  @:match@:(a,pats)}
35169 @r{      a@:    I a m   @:pats         @:    38  @:matchnot@:(a,pats)}
35170 @r{ data x@:      a p   @:             @:    28  @:polint@:(data,x)}
35171 @r{ data x@:    H a p   @:             @:    28  @:ratint@:(data,x)}
35172 @r{      a@:      a n   @:             @:     1  @:nrat@:(a)}
35173 @r{      a@:      a r   @:rules        @:4,8,38  @:rewrite@:(a,rules,n)}
35174 @r{      a@:      a s   @:             @:        @:simplify@:(a)}
35175 @r{      a@:      a t   @:v, n         @: 31,39  @:taylor@:(a,v,n)}
35176 @r{      a@:      a v   @:             @:   7,8  @:calc-alg-evaluate@:}
35177 @r{      a@:      a x   @:             @:   4,8  @:expand@:(a)}
35180 @r{   data@:      a F   @:model, vars  @:    48  @:fit@:(m,iv,pv,data)}
35181 @r{   data@:    I a F   @:model, vars  @:    48  @:xfit@:(m,iv,pv,data)}
35182 @r{   data@:    H a F   @:model, vars  @:    48  @:efit@:(m,iv,pv,data)}
35183 @r{      a@:      a I   @:v, l, h      @:    38  @:ninteg@:(a,v,l,h)}
35184 @r{    a b@:      a M   @:op           @:    22  @:mapeq@:(op,a,b)}
35185 @r{    a b@:    I a M   @:op           @:    22  @:mapeqr@:(op,a,b)}
35186 @r{    a b@:    H a M   @:op           @:    22  @:mapeqp@:(op,a,b)}
35187 @r{    a g@:      a N   @:v            @:    38  @:minimize@:(a,v,g)}
35188 @r{    a g@:    H a N   @:v            @:    38  @:wminimize@:(a,v,g)}
35189 @r{      a@:      a P   @:v            @:    38  @:roots@:(a,v)}
35190 @r{    a g@:      a R   @:v            @:    38  @:root@:(a,v,g)}
35191 @r{    a g@:    H a R   @:v            @:    38  @:wroot@:(a,v,g)}
35192 @r{      a@:      a S   @:v            @:    38  @:solve@:(a,v)}
35193 @r{      a@:    I a S   @:v            @:    38  @:finv@:(a,v)}
35194 @r{      a@:    H a S   @:v            @:    38  @:fsolve@:(a,v)}
35195 @r{      a@:  I H a S   @:v            @:    38  @:ffinv@:(a,v)}
35196 @r{      a@:      a T   @:i, l, h      @:  6,38  @:table@:(a,i,l,h)}
35197 @r{    a g@:      a X   @:v            @:    38  @:maximize@:(a,v,g)}
35198 @r{    a g@:    H a X   @:v            @:    38  @:wmaximize@:(a,v,g)}
35201 @r{    a b@:      b a   @:             @:     9  @:and@:(a,b,w)}
35202 @r{      a@:      b c   @:             @:     9  @:clip@:(a,w)}
35203 @r{    a b@:      b d   @:             @:     9  @:diff@:(a,b,w)}
35204 @r{      a@:      b l   @:             @:    10  @:lsh@:(a,n,w)}
35205 @r{    a n@:    H b l   @:             @:     9  @:lsh@:(a,n,w)}
35206 @r{      a@:      b n   @:             @:     9  @:not@:(a,w)}
35207 @r{    a b@:      b o   @:             @:     9  @:or@:(a,b,w)}
35208 @r{      v@:      b p   @:             @:     1  @:vpack@:(v)}
35209 @r{      a@:      b r   @:             @:    10  @:rsh@:(a,n,w)}
35210 @r{    a n@:    H b r   @:             @:     9  @:rsh@:(a,n,w)}
35211 @r{      a@:      b t   @:             @:    10  @:rot@:(a,n,w)}
35212 @r{    a n@:    H b t   @:             @:     9  @:rot@:(a,n,w)}
35213 @r{      a@:      b u   @:             @:     1  @:vunpack@:(a)}
35214 @r{       @:      b w   @:w            @:  9,50  @:calc-word-size@:}
35215 @r{    a b@:      b x   @:             @:     9  @:xor@:(a,b,w)}
35218 @r{c s l p@:      b D   @:             @:        @:ddb@:(c,s,l,p)}
35219 @r{  r n p@:      b F   @:             @:        @:fv@:(r,n,p)}
35220 @r{  r n p@:    I b F   @:             @:        @:fvb@:(r,n,p)}
35221 @r{  r n p@:    H b F   @:             @:        @:fvl@:(r,n,p)}
35222 @r{      v@:      b I   @:             @:    19  @:irr@:(v)}
35223 @r{      v@:    I b I   @:             @:    19  @:irrb@:(v)}
35224 @r{      a@:      b L   @:             @:    10  @:ash@:(a,n,w)}
35225 @r{    a n@:    H b L   @:             @:     9  @:ash@:(a,n,w)}
35226 @r{  r n a@:      b M   @:             @:        @:pmt@:(r,n,a)}
35227 @r{  r n a@:    I b M   @:             @:        @:pmtb@:(r,n,a)}
35228 @r{  r n a@:    H b M   @:             @:        @:pmtl@:(r,n,a)}
35229 @r{    r v@:      b N   @:             @:    19  @:npv@:(r,v)}
35230 @r{    r v@:    I b N   @:             @:    19  @:npvb@:(r,v)}
35231 @r{  r n p@:      b P   @:             @:        @:pv@:(r,n,p)}
35232 @r{  r n p@:    I b P   @:             @:        @:pvb@:(r,n,p)}
35233 @r{  r n p@:    H b P   @:             @:        @:pvl@:(r,n,p)}
35234 @r{      a@:      b R   @:             @:    10  @:rash@:(a,n,w)}
35235 @r{    a n@:    H b R   @:             @:     9  @:rash@:(a,n,w)}
35236 @r{  c s l@:      b S   @:             @:        @:sln@:(c,s,l)}
35237 @r{  n p a@:      b T   @:             @:        @:rate@:(n,p,a)}
35238 @r{  n p a@:    I b T   @:             @:        @:rateb@:(n,p,a)}
35239 @r{  n p a@:    H b T   @:             @:        @:ratel@:(n,p,a)}
35240 @r{c s l p@:      b Y   @:             @:        @:syd@:(c,s,l,p)}
35242 @r{  r p a@:      b #   @:             @:        @:nper@:(r,p,a)}
35243 @r{  r p a@:    I b #   @:             @:        @:nperb@:(r,p,a)}
35244 @r{  r p a@:    H b #   @:             @:        @:nperl@:(r,p,a)}
35245 @r{    a b@:      b %   @:             @:        @:relch@:(a,b)}
35248 @r{      a@:      c c   @:             @:     5  @:pclean@:(a,p)}
35249 @r{      a@:      c 0-9 @:             @:        @:pclean@:(a,p)}
35250 @r{      a@:    H c c   @:             @:     5  @:clean@:(a,p)}
35251 @r{      a@:    H c 0-9 @:             @:        @:clean@:(a,p)}
35252 @r{      a@:      c d   @:             @:     1  @:deg@:(a)}
35253 @r{      a@:      c f   @:             @:     1  @:pfloat@:(a)}
35254 @r{      a@:    H c f   @:             @:     1  @:float@:(a)}
35255 @r{      a@:      c h   @:             @:     1  @:hms@:(a)}
35256 @r{      a@:      c p   @:             @:        @:polar@:(a)}
35257 @r{      a@:    I c p   @:             @:        @:rect@:(a)}
35258 @r{      a@:      c r   @:             @:     1  @:rad@:(a)}
35261 @r{      a@:      c F   @:             @:     5  @:pfrac@:(a,p)}
35262 @r{      a@:    H c F   @:             @:     5  @:frac@:(a,p)}
35265 @r{      a@:      c %   @:             @:        @:percent@:(a*100)}
35268 @r{       @:      d .   @:char         @:    50  @:calc-point-char@:}
35269 @r{       @:      d ,   @:char         @:    50  @:calc-group-char@:}
35270 @r{       @:      d <   @:             @: 13,50  @:calc-left-justify@:}
35271 @r{       @:      d =   @:             @: 13,50  @:calc-center-justify@:}
35272 @r{       @:      d >   @:             @: 13,50  @:calc-right-justify@:}
35273 @r{       @:      d @{   @:label        @:    50  @:calc-left-label@:}
35274 @r{       @:      d @}   @:label        @:    50  @:calc-right-label@:}
35275 @r{       @:      d [   @:             @:     4  @:calc-truncate-up@:}
35276 @r{       @:      d ]   @:             @:     4  @:calc-truncate-down@:}
35277 @r{       @:      d "   @:             @: 12,50  @:calc-display-strings@:}
35278 @r{       @:      d @key{SPC} @:             @:        @:calc-refresh@:}
35279 @r{       @:      d @key{RET} @:             @:     1  @:calc-refresh-top@:}
35282 @r{       @:      d 0   @:             @:    50  @:calc-decimal-radix@:}
35283 @r{       @:      d 2   @:             @:    50  @:calc-binary-radix@:}
35284 @r{       @:      d 6   @:             @:    50  @:calc-hex-radix@:}
35285 @r{       @:      d 8   @:             @:    50  @:calc-octal-radix@:}
35288 @r{       @:      d b   @:           @:12,13,50  @:calc-line-breaking@:}
35289 @r{       @:      d c   @:             @:    50  @:calc-complex-notation@:}
35290 @r{       @:      d d   @:format       @:    50  @:calc-date-notation@:}
35291 @r{       @:      d e   @:             @:  5,50  @:calc-eng-notation@:}
35292 @r{       @:      d f   @:num          @: 31,50  @:calc-fix-notation@:}
35293 @r{       @:      d g   @:           @:12,13,50  @:calc-group-digits@:}
35294 @r{       @:      d h   @:format       @:    50  @:calc-hms-notation@:}
35295 @r{       @:      d i   @:             @:    50  @:calc-i-notation@:}
35296 @r{       @:      d j   @:             @:    50  @:calc-j-notation@:}
35297 @r{       @:      d l   @:             @: 12,50  @:calc-line-numbering@:}
35298 @r{       @:      d n   @:             @:  5,50  @:calc-normal-notation@:}
35299 @r{       @:      d o   @:format       @:    50  @:calc-over-notation@:}
35300 @r{       @:      d p   @:             @: 12,50  @:calc-show-plain@:}
35301 @r{       @:      d r   @:radix        @: 31,50  @:calc-radix@:}
35302 @r{       @:      d s   @:             @:  5,50  @:calc-sci-notation@:}
35303 @r{       @:      d t   @:             @:    27  @:calc-truncate-stack@:}
35304 @r{       @:      d w   @:             @: 12,13  @:calc-auto-why@:}
35305 @r{       @:      d z   @:             @: 12,50  @:calc-leading-zeros@:}
35308 @r{       @:      d B   @:             @:    50  @:calc-big-language@:}
35309 @r{       @:      d C   @:             @:    50  @:calc-c-language@:}
35310 @r{       @:      d E   @:             @:    50  @:calc-eqn-language@:}
35311 @r{       @:      d F   @:             @:    50  @:calc-fortran-language@:}
35312 @r{       @:      d M   @:             @:    50  @:calc-mathematica-language@:}
35313 @r{       @:      d N   @:             @:    50  @:calc-normal-language@:}
35314 @r{       @:      d O   @:             @:    50  @:calc-flat-language@:}
35315 @r{       @:      d P   @:             @:    50  @:calc-pascal-language@:}
35316 @r{       @:      d T   @:             @:    50  @:calc-tex-language@:}
35317 @r{       @:      d L   @:             @:    50  @:calc-latex-language@:}
35318 @r{       @:      d U   @:             @:    50  @:calc-unformatted-language@:}
35319 @r{       @:      d W   @:             @:    50  @:calc-maple-language@:}
35322 @r{      a@:      f [   @:             @:     4  @:decr@:(a,n)}
35323 @r{      a@:      f ]   @:             @:     4  @:incr@:(a,n)}
35326 @r{    a b@:      f b   @:             @:     2  @:beta@:(a,b)}
35327 @r{      a@:      f e   @:             @:     1  @:erf@:(a)}
35328 @r{      a@:    I f e   @:             @:     1  @:erfc@:(a)}
35329 @r{      a@:      f g   @:             @:     1  @:gamma@:(a)}
35330 @r{    a b@:      f h   @:             @:     2  @:hypot@:(a,b)}
35331 @r{      a@:      f i   @:             @:     1  @:im@:(a)}
35332 @r{    n a@:      f j   @:             @:     2  @:besJ@:(n,a)}
35333 @r{    a b@:      f n   @:             @:     2  @:min@:(a,b)}
35334 @r{      a@:      f r   @:             @:     1  @:re@:(a)}
35335 @r{      a@:      f s   @:             @:     1  @:sign@:(a)}
35336 @r{    a b@:      f x   @:             @:     2  @:max@:(a,b)}
35337 @r{    n a@:      f y   @:             @:     2  @:besY@:(n,a)}
35340 @r{      a@:      f A   @:             @:     1  @:abssqr@:(a)}
35341 @r{  x a b@:      f B   @:             @:        @:betaI@:(x,a,b)}
35342 @r{  x a b@:    H f B   @:             @:        @:betaB@:(x,a,b)}
35343 @r{      a@:      f E   @:             @:     1  @:expm1@:(a)}
35344 @r{    a x@:      f G   @:             @:     2  @:gammaP@:(a,x)}
35345 @r{    a x@:    I f G   @:             @:     2  @:gammaQ@:(a,x)}
35346 @r{    a x@:    H f G   @:             @:     2  @:gammag@:(a,x)}
35347 @r{    a x@:  I H f G   @:             @:     2  @:gammaG@:(a,x)}
35348 @r{    a b@:      f I   @:             @:     2  @:ilog@:(a,b)}
35349 @r{    a b@:    I f I   @:             @:     2  @:alog@:(a,b)  b^a}
35350 @r{      a@:      f L   @:             @:     1  @:lnp1@:(a)}
35351 @r{      a@:      f M   @:             @:     1  @:mant@:(a)}
35352 @r{      a@:      f Q   @:             @:     1  @:isqrt@:(a)}
35353 @r{      a@:    I f Q   @:             @:     1  @:sqr@:(a)  a^2}
35354 @r{    a n@:      f S   @:             @:     2  @:scf@:(a,n)}
35355 @r{    y x@:      f T   @:             @:        @:arctan2@:(y,x)}
35356 @r{      a@:      f X   @:             @:     1  @:xpon@:(a)}
35359 @r{    x y@:      g a   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add@:}
35360 @r{       @:      g b   @:             @:    12  @:calc-graph-border@:}
35361 @r{       @:      g c   @:             @:        @:calc-graph-clear@:}
35362 @r{       @:      g d   @:             @:    41  @:calc-graph-delete@:}
35363 @r{    x y@:      g f   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast@:}
35364 @r{       @:      g g   @:             @:    12  @:calc-graph-grid@:}
35365 @r{       @:      g h   @:title        @:        @:calc-graph-header@:}
35366 @r{       @:      g j   @:             @:     4  @:calc-graph-juggle@:}
35367 @r{       @:      g k   @:             @:    12  @:calc-graph-key@:}
35368 @r{       @:      g l   @:             @:    12  @:calc-graph-log-x@:}
35369 @r{       @:      g n   @:name         @:        @:calc-graph-name@:}
35370 @r{       @:      g p   @:             @:    42  @:calc-graph-plot@:}
35371 @r{       @:      g q   @:             @:        @:calc-graph-quit@:}
35372 @r{       @:      g r   @:range        @:        @:calc-graph-range-x@:}
35373 @r{       @:      g s   @:             @: 12,13  @:calc-graph-line-style@:}
35374 @r{       @:      g t   @:title        @:        @:calc-graph-title-x@:}
35375 @r{       @:      g v   @:             @:        @:calc-graph-view-commands@:}
35376 @r{       @:      g x   @:display      @:        @:calc-graph-display@:}
35377 @r{       @:      g z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-x@:}
35380 @r{  x y z@:      g A   @:             @: 28,40  @:calc-graph-add-3d@:}
35381 @r{       @:      g C   @:command      @:        @:calc-graph-command@:}
35382 @r{       @:      g D   @:device       @: 43,44  @:calc-graph-device@:}
35383 @r{  x y z@:      g F   @:             @: 28,40  @:calc-graph-fast-3d@:}
35384 @r{       @:      g H   @:             @:    12  @:calc-graph-hide@:}
35385 @r{       @:      g K   @:             @:        @:calc-graph-kill@:}
35386 @r{       @:      g L   @:             @:    12  @:calc-graph-log-y@:}
35387 @r{       @:      g N   @:number       @: 43,51  @:calc-graph-num-points@:}
35388 @r{       @:      g O   @:filename     @: 43,44  @:calc-graph-output@:}
35389 @r{       @:      g P   @:             @:    42  @:calc-graph-print@:}
35390 @r{       @:      g R   @:range        @:        @:calc-graph-range-y@:}
35391 @r{       @:      g S   @:             @: 12,13  @:calc-graph-point-style@:}
35392 @r{       @:      g T   @:title        @:        @:calc-graph-title-y@:}
35393 @r{       @:      g V   @:             @:        @:calc-graph-view-trail@:}
35394 @r{       @:      g X   @:format       @:        @:calc-graph-geometry@:}
35395 @r{       @:      g Z   @:             @:    12  @:calc-graph-zero-y@:}
35398 @r{       @:      g C-l @:             @:    12  @:calc-graph-log-z@:}
35399 @r{       @:      g C-r @:range        @:        @:calc-graph-range-z@:}
35400 @r{       @:      g C-t @:title        @:        @:calc-graph-title-z@:}
35403 @r{       @:      h b   @:             @:        @:calc-describe-bindings@:}
35404 @r{       @:      h c   @:key          @:        @:calc-describe-key-briefly@:}
35405 @r{       @:      h f   @:function     @:        @:calc-describe-function@:}
35406 @r{       @:      h h   @:             @:        @:calc-full-help@:}
35407 @r{       @:      h i   @:             @:        @:calc-info@:}
35408 @r{       @:      h k   @:key          @:        @:calc-describe-key@:}
35409 @r{       @:      h n   @:             @:        @:calc-view-news@:}
35410 @r{       @:      h s   @:             @:        @:calc-info-summary@:}
35411 @r{       @:      h t   @:             @:        @:calc-tutorial@:}
35412 @r{       @:      h v   @:var          @:        @:calc-describe-variable@:}
35415 @r{       @:      j 1-9 @:             @:        @:calc-select-part@:}
35416 @r{       @:      j @key{RET} @:             @:    27  @:calc-copy-selection@:}
35417 @r{       @:      j @key{DEL} @:             @:    27  @:calc-del-selection@:}
35418 @r{       @:      j '   @:formula      @:    27  @:calc-enter-selection@:}
35419 @r{       @:      j `   @:editing      @: 27,30  @:calc-edit-selection@:}
35420 @r{       @:      j "   @:             @:  7,27  @:calc-sel-expand-formula@:}
35423 @r{       @:      j +   @:formula      @:    27  @:calc-sel-add-both-sides@:}
35424 @r{       @:      j -   @:formula      @:    27  @:calc-sel-sub-both-sides@:}
35425 @r{       @:      j *   @:formula      @:    27  @:calc-sel-mul-both-sides@:}
35426 @r{       @:      j /   @:formula      @:    27  @:calc-sel-div-both-sides@:}
35427 @r{       @:      j &   @:             @:    27  @:calc-sel-invert@:}
35430 @r{       @:      j a   @:             @:    27  @:calc-select-additional@:}
35431 @r{       @:      j b   @:             @:    12  @:calc-break-selections@:}
35432 @r{       @:      j c   @:             @:        @:calc-clear-selections@:}
35433 @r{       @:      j d   @:             @: 12,50  @:calc-show-selections@:}
35434 @r{       @:      j e   @:             @:    12  @:calc-enable-selections@:}
35435 @r{       @:      j l   @:             @:  4,27  @:calc-select-less@:}
35436 @r{       @:      j m   @:             @:  4,27  @:calc-select-more@:}
35437 @r{       @:      j n   @:             @:     4  @:calc-select-next@:}
35438 @r{       @:      j o   @:             @:  4,27  @:calc-select-once@:}
35439 @r{       @:      j p   @:             @:     4  @:calc-select-previous@:}
35440 @r{       @:      j r   @:rules        @:4,8,27  @:calc-rewrite-selection@:}
35441 @r{       @:      j s   @:             @:  4,27  @:calc-select-here@:}
35442 @r{       @:      j u   @:             @:    27  @:calc-unselect@:}
35443 @r{       @:      j v   @:             @:  7,27  @:calc-sel-evaluate@:}
35446 @r{       @:      j C   @:             @:    27  @:calc-sel-commute@:}
35447 @r{       @:      j D   @:             @:  4,27  @:calc-sel-distribute@:}
35448 @r{       @:      j E   @:             @:    27  @:calc-sel-jump-equals@:}
35449 @r{       @:      j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@:}
35450 @r{       @:    H j I   @:             @:    27  @:calc-sel-isolate@: (full)}
35451 @r{       @:      j L   @:             @:  4,27  @:calc-commute-left@:}
35452 @r{       @:      j M   @:             @:    27  @:calc-sel-merge@:}
35453 @r{       @:      j N   @:             @:    27  @:calc-sel-negate@:}
35454 @r{       @:      j O   @:             @:  4,27  @:calc-select-once-maybe@:}
35455 @r{       @:      j R   @:             @:  4,27  @:calc-commute-right@:}
35456 @r{       @:      j S   @:             @:  4,27  @:calc-select-here-maybe@:}
35457 @r{       @:      j U   @:             @:    27  @:calc-sel-unpack@:}
35460 @r{       @:      k a   @:             @:        @:calc-random-again@:}
35461 @r{      n@:      k b   @:             @:     1  @:bern@:(n)}
35462 @r{    n x@:    H k b   @:             @:     2  @:bern@:(n,x)}
35463 @r{    n m@:      k c   @:             @:     2  @:choose@:(n,m)}
35464 @r{    n m@:    H k c   @:             @:     2  @:perm@:(n,m)}
35465 @r{      n@:      k d   @:             @:     1  @:dfact@:(n)  n!!}
35466 @r{      n@:      k e   @:             @:     1  @:euler@:(n)}
35467 @r{    n x@:    H k e   @:             @:     2  @:euler@:(n,x)}
35468 @r{      n@:      k f   @:             @:     4  @:prfac@:(n)}
35469 @r{    n m@:      k g   @:             @:     2  @:gcd@:(n,m)}
35470 @r{    m n@:      k h   @:             @:    14  @:shuffle@:(n,m)}
35471 @r{    n m@:      k l   @:             @:     2  @:lcm@:(n,m)}
35472 @r{      n@:      k m   @:             @:     1  @:moebius@:(n)}
35473 @r{      n@:      k n   @:             @:     4  @:nextprime@:(n)}
35474 @r{      n@:    I k n   @:             @:     4  @:prevprime@:(n)}
35475 @r{      n@:      k p   @:             @:  4,28  @:calc-prime-test@:}
35476 @r{      m@:      k r   @:             @:    14  @:random@:(m)}
35477 @r{    n m@:      k s   @:             @:     2  @:stir1@:(n,m)}
35478 @r{    n m@:    H k s   @:             @:     2  @:stir2@:(n,m)}
35479 @r{      n@:      k t   @:             @:     1  @:totient@:(n)}
35482 @r{  n p x@:      k B   @:             @:        @:utpb@:(x,n,p)}
35483 @r{  n p x@:    I k B   @:             @:        @:ltpb@:(x,n,p)}
35484 @r{    v x@:      k C   @:             @:        @:utpc@:(x,v)}
35485 @r{    v x@:    I k C   @:             @:        @:ltpc@:(x,v)}
35486 @r{    n m@:      k E   @:             @:        @:egcd@:(n,m)}
35487 @r{v1 v2 x@:      k F   @:             @:        @:utpf@:(x,v1,v2)}
35488 @r{v1 v2 x@:    I k F   @:             @:        @:ltpf@:(x,v1,v2)}
35489 @r{  m s x@:      k N   @:             @:        @:utpn@:(x,m,s)}
35490 @r{  m s x@:    I k N   @:             @:        @:ltpn@:(x,m,s)}
35491 @r{    m x@:      k P   @:             @:        @:utpp@:(x,m)}
35492 @r{    m x@:    I k P   @:             @:        @:ltpp@:(x,m)}
35493 @r{    v x@:      k T   @:             @:        @:utpt@:(x,v)}
35494 @r{    v x@:    I k T   @:             @:        @:ltpt@:(x,v)}
35497 @r{       @:      m a   @:             @: 12,13  @:calc-algebraic-mode@:}
35498 @r{       @:      m d   @:             @:        @:calc-degrees-mode@:}
35499 @r{       @:      m e   @:             @:        @:calc-embedded-preserve-modes@:}
35500 @r{       @:      m f   @:             @:    12  @:calc-frac-mode@:}
35501 @r{       @:      m g   @:             @:    52  @:calc-get-modes@:}
35502 @r{       @:      m h   @:             @:        @:calc-hms-mode@:}
35503 @r{       @:      m i   @:             @: 12,13  @:calc-infinite-mode@:}
35504 @r{       @:      m m   @:             @:        @:calc-save-modes@:}
35505 @r{       @:      m p   @:             @:    12  @:calc-polar-mode@:}
35506 @r{       @:      m r   @:             @:        @:calc-radians-mode@:}
35507 @r{       @:      m s   @:             @:    12  @:calc-symbolic-mode@:}
35508 @r{       @:      m t   @:             @:    12  @:calc-total-algebraic-mode@:}
35509 @r{       @:      m v   @:             @: 12,13  @:calc-matrix-mode@:}
35510 @r{       @:      m w   @:             @:    13  @:calc-working@:}
35511 @r{       @:      m x   @:             @:        @:calc-always-load-extensions@:}
35514 @r{       @:      m A   @:             @:    12  @:calc-alg-simplify-mode@:}
35515 @r{       @:      m B   @:             @:    12  @:calc-bin-simplify-mode@:}
35516 @r{       @:      m C   @:             @:    12  @:calc-auto-recompute@:}
35517 @r{       @:      m D   @:             @:        @:calc-default-simplify-mode@:}
35518 @r{       @:      m E   @:             @:    12  @:calc-ext-simplify-mode@:}
35519 @r{       @:      m F   @:filename     @:    13  @:calc-settings-file-name@:}
35520 @r{       @:      m N   @:             @:    12  @:calc-num-simplify-mode@:}
35521 @r{       @:      m O   @:             @:    12  @:calc-no-simplify-mode@:}
35522 @r{       @:      m R   @:             @: 12,13  @:calc-mode-record-mode@:}
35523 @r{       @:      m S   @:             @:    12  @:calc-shift-prefix@:}
35524 @r{       @:      m U   @:             @:    12  @:calc-units-simplify-mode@:}
35527 @r{       @:      s c   @:var1, var2   @:    29  @:calc-copy-variable@:}
35528 @r{       @:      s d   @:var, decl    @:        @:calc-declare-variable@:}
35529 @r{       @:      s e   @:var, editing @: 29,30  @:calc-edit-variable@:}
35530 @r{       @:      s i   @:buffer       @:        @:calc-insert-variables@:}
35531 @r{       @:      s k   @:const, var   @:    29  @:calc-copy-special-constant@:}
35532 @r{    a b@:      s l   @:var          @:    29  @:@:a  (letting var=b)}
35533 @r{  a ...@:      s m   @:op, var      @: 22,29  @:calc-store-map@:}
35534 @r{       @:      s n   @:var          @: 29,47  @:calc-store-neg@:  (v/-1)}
35535 @r{       @:      s p   @:var          @:    29  @:calc-permanent-variable@:}
35536 @r{       @:      s r   @:var          @:    29  @:@:v  (recalled value)}
35537 @r{       @:      r 0-9 @:             @:        @:calc-recall-quick@:}
35538 @r{      a@:      s s   @:var          @: 28,29  @:calc-store@:}
35539 @r{      a@:      s 0-9 @:             @:        @:calc-store-quick@:}
35540 @r{      a@:      s t   @:var          @:    29  @:calc-store-into@:}
35541 @r{      a@:      t 0-9 @:             @:        @:calc-store-into-quick@:}
35542 @r{       @:      s u   @:var          @:    29  @:calc-unstore@:}
35543 @r{      a@:      s x   @:var          @:    29  @:calc-store-exchange@:}
35546 @r{       @:      s A   @:editing      @:    30  @:calc-edit-AlgSimpRules@:}
35547 @r{       @:      s D   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Decls@:}
35548 @r{       @:      s E   @:editing      @:    30  @:calc-edit-EvalRules@:}
35549 @r{       @:      s F   @:editing      @:    30  @:calc-edit-FitRules@:}
35550 @r{       @:      s G   @:editing      @:    30  @:calc-edit-GenCount@:}
35551 @r{       @:      s H   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Holidays@:}
35552 @r{       @:      s I   @:editing      @:    30  @:calc-edit-IntegLimit@:}
35553 @r{       @:      s L   @:editing      @:    30  @:calc-edit-LineStyles@:}
35554 @r{       @:      s P   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PointStyles@:}
35555 @r{       @:      s R   @:editing      @:    30  @:calc-edit-PlotRejects@:}
35556 @r{       @:      s T   @:editing      @:    30  @:calc-edit-TimeZone@:}
35557 @r{       @:      s U   @:editing      @:    30  @:calc-edit-Units@:}
35558 @r{       @:      s X   @:editing      @:    30  @:calc-edit-ExtSimpRules@:}
35561 @r{      a@:      s +   @:var          @: 29,47  @:calc-store-plus@:  (v+a)}
35562 @r{      a@:      s -   @:var          @: 29,47  @:calc-store-minus@:  (v-a)}
35563 @r{      a@:      s *   @:var          @: 29,47  @:calc-store-times@:  (v*a)}
35564 @r{      a@:      s /   @:var          @: 29,47  @:calc-store-div@:  (v/a)}
35565 @r{      a@:      s ^   @:var          @: 29,47  @:calc-store-power@:  (v^a)}
35566 @r{      a@:      s |   @:var          @: 29,47  @:calc-store-concat@:  (v|a)}
35567 @r{       @:      s &   @:var          @: 29,47  @:calc-store-inv@:  (v^-1)}
35568 @r{       @:      s [   @:var          @: 29,47  @:calc-store-decr@:  (v-1)}
35569 @r{       @:      s ]   @:var          @: 29,47  @:calc-store-incr@:  (v-(-1))}
35570 @r{    a b@:      s :   @:             @:     2  @:assign@:(a,b)  a @tfn{:=} b}
35571 @r{      a@:      s =   @:             @:     1  @:evalto@:(a,b)  a @tfn{=>}}
35574 @r{       @:      t [   @:             @:     4  @:calc-trail-first@:}
35575 @r{       @:      t ]   @:             @:     4  @:calc-trail-last@:}
35576 @r{       @:      t <   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-left@:}
35577 @r{       @:      t >   @:             @:     4  @:calc-trail-scroll-right@:}
35578 @r{       @:      t .   @:             @:    12  @:calc-full-trail-vectors@:}
35581 @r{       @:      t b   @:             @:     4  @:calc-trail-backward@:}
35582 @r{       @:      t d   @:             @: 12,50  @:calc-trail-display@:}
35583 @r{       @:      t f   @:             @:     4  @:calc-trail-forward@:}
35584 @r{       @:      t h   @:             @:        @:calc-trail-here@:}
35585 @r{       @:      t i   @:             @:        @:calc-trail-in@:}
35586 @r{       @:      t k   @:             @:     4  @:calc-trail-kill@:}
35587 @r{       @:      t m   @:string       @:        @:calc-trail-marker@:}
35588 @r{       @:      t n   @:             @:     4  @:calc-trail-next@:}
35589 @r{       @:      t o   @:             @:        @:calc-trail-out@:}
35590 @r{       @:      t p   @:             @:     4  @:calc-trail-previous@:}
35591 @r{       @:      t r   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-backward@:}
35592 @r{       @:      t s   @:string       @:        @:calc-trail-isearch-forward@:}
35593 @r{       @:      t y   @:             @:     4  @:calc-trail-yank@:}
35596 @r{      d@:      t C   @:oz, nz       @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35597 @r{d oz nz@:      t C   @:$            @:        @:tzconv@:(d,oz,nz)}
35598 @r{      d@:      t D   @:             @:    15  @:date@:(d)}
35599 @r{      d@:      t I   @:             @:     4  @:incmonth@:(d,n)}
35600 @r{      d@:      t J   @:             @:    16  @:julian@:(d,z)}
35601 @r{      d@:      t M   @:             @:    17  @:newmonth@:(d,n)}
35602 @r{       @:      t N   @:             @:    16  @:now@:(z)}
35603 @r{      d@:      t P   @:1            @:    31  @:year@:(d)}
35604 @r{      d@:      t P   @:2            @:    31  @:month@:(d)}
35605 @r{      d@:      t P   @:3            @:    31  @:day@:(d)}
35606 @r{      d@:      t P   @:4            @:    31  @:hour@:(d)}
35607 @r{      d@:      t P   @:5            @:    31  @:minute@:(d)}
35608 @r{      d@:      t P   @:6            @:    31  @:second@:(d)}
35609 @r{      d@:      t P   @:7            @:    31  @:weekday@:(d)}
35610 @r{      d@:      t P   @:8            @:    31  @:yearday@:(d)}
35611 @r{      d@:      t P   @:9            @:    31  @:time@:(d)}
35612 @r{      d@:      t U   @:             @:    16  @:unixtime@:(d,z)}
35613 @r{      d@:      t W   @:             @:    17  @:newweek@:(d,w)}
35614 @r{      d@:      t Y   @:             @:    17  @:newyear@:(d,n)}
35617 @r{    a b@:      t +   @:             @:     2  @:badd@:(a,b)}
35618 @r{    a b@:      t -   @:             @:     2  @:bsub@:(a,b)}
35621 @r{       @:      u a   @:             @:    12  @:calc-autorange-units@:}
35622 @r{      a@:      u b   @:             @:        @:calc-base-units@:}
35623 @r{      a@:      u c   @:units        @:    18  @:calc-convert-units@:}
35624 @r{   defn@:      u d   @:unit, descr  @:        @:calc-define-unit@:}
35625 @r{       @:      u e   @:             @:        @:calc-explain-units@:}
35626 @r{       @:      u g   @:unit         @:        @:calc-get-unit-definition@:}
35627 @r{       @:      u p   @:             @:        @:calc-permanent-units@:}
35628 @r{      a@:      u r   @:             @:        @:calc-remove-units@:}
35629 @r{      a@:      u s   @:             @:        @:usimplify@:(a)}
35630 @r{      a@:      u t   @:units        @:    18  @:calc-convert-temperature@:}
35631 @r{       @:      u u   @:unit         @:        @:calc-undefine-unit@:}
35632 @r{       @:      u v   @:             @:        @:calc-enter-units-table@:}
35633 @r{      a@:      u x   @:             @:        @:calc-extract-units@:}
35634 @r{      a@:      u 0-9 @:             @:        @:calc-quick-units@:}
35637 @r{  v1 v2@:      u C   @:             @:    20  @:vcov@:(v1,v2)}
35638 @r{  v1 v2@:    I u C   @:             @:    20  @:vpcov@:(v1,v2)}
35639 @r{  v1 v2@:    H u C   @:             @:    20  @:vcorr@:(v1,v2)}
35640 @r{      v@:      u G   @:             @:    19  @:vgmean@:(v)}
35641 @r{    a b@:    H u G   @:             @:     2  @:agmean@:(a,b)}
35642 @r{      v@:      u M   @:             @:    19  @:vmean@:(v)}
35643 @r{      v@:    I u M   @:             @:    19  @:vmeane@:(v)}
35644 @r{      v@:    H u M   @:             @:    19  @:vmedian@:(v)}
35645 @r{      v@:  I H u M   @:             @:    19  @:vhmean@:(v)}
35646 @r{      v@:      u N   @:             @:    19  @:vmin@:(v)}
35647 @r{      v@:      u S   @:             @:    19  @:vsdev@:(v)}
35648 @r{      v@:    I u S   @:             @:    19  @:vpsdev@:(v)}
35649 @r{      v@:    H u S   @:             @:    19  @:vvar@:(v)}
35650 @r{      v@:  I H u S   @:             @:    19  @:vpvar@:(v)}
35651 @r{       @:      u V   @:             @:        @:calc-view-units-table@:}
35652 @r{      v@:      u X   @:             @:    19  @:vmax@:(v)}
35655 @r{      v@:      u +   @:             @:    19  @:vsum@:(v)}
35656 @r{      v@:      u *   @:             @:    19  @:vprod@:(v)}
35657 @r{      v@:      u #   @:             @:    19  @:vcount@:(v)}
35660 @r{       @:      V (   @:             @:    50  @:calc-vector-parens@:}
35661 @r{       @:      V @{   @:             @:    50  @:calc-vector-braces@:}
35662 @r{       @:      V [   @:             @:    50  @:calc-vector-brackets@:}
35663 @r{       @:      V ]   @:ROCP         @:    50  @:calc-matrix-brackets@:}
35664 @r{       @:      V ,   @:             @:    50  @:calc-vector-commas@:}
35665 @r{       @:      V <   @:             @:    50  @:calc-matrix-left-justify@:}
35666 @r{       @:      V =   @:             @:    50  @:calc-matrix-center-justify@:}
35667 @r{       @:      V >   @:             @:    50  @:calc-matrix-right-justify@:}
35668 @r{       @:      V /   @:             @: 12,50  @:calc-break-vectors@:}
35669 @r{       @:      V .   @:             @: 12,50  @:calc-full-vectors@:}
35672 @r{    s t@:      V ^   @:             @:     2  @:vint@:(s,t)}
35673 @r{    s t@:      V -   @:             @:     2  @:vdiff@:(s,t)}
35674 @r{      s@:      V ~   @:             @:     1  @:vcompl@:(s)}
35675 @r{      s@:      V #   @:             @:     1  @:vcard@:(s)}
35676 @r{      s@:      V :   @:             @:     1  @:vspan@:(s)}
35677 @r{      s@:      V +   @:             @:     1  @:rdup@:(s)}
35680 @r{      m@:      V &   @:             @:     1  @:inv@:(m)  1/m}
35683 @r{      v@:      v a   @:n            @:        @:arrange@:(v,n)}
35684 @r{      a@:      v b   @:n            @:        @:cvec@:(a,n)}
35685 @r{      v@:      v c   @:n >0         @: 21,31  @:mcol@:(v,n)}
35686 @r{      v@:      v c   @:n <0         @:    31  @:mrcol@:(v,-n)}
35687 @r{      m@:      v c   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35688 @r{      v@:      v d   @:             @:    25  @:diag@:(v,n)}
35689 @r{    v m@:      v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m)}
35690 @r{  v m f@:    H v e   @:             @:     2  @:vexp@:(v,m,f)}
35691 @r{    v a@:      v f   @:             @:    26  @:find@:(v,a,n)}
35692 @r{      v@:      v h   @:             @:     1  @:head@:(v)}
35693 @r{      v@:    I v h   @:             @:     1  @:tail@:(v)}
35694 @r{      v@:    H v h   @:             @:     1  @:rhead@:(v)}
35695 @r{      v@:  I H v h   @:             @:     1  @:rtail@:(v)}
35696 @r{       @:      v i   @:n            @:    31  @:idn@:(1,n)}
35697 @r{       @:      v i   @:0            @:    31  @:idn@:(1)}
35698 @r{    h t@:      v k   @:             @:     2  @:cons@:(h,t)}
35699 @r{    h t@:    H v k   @:             @:     2  @:rcons@:(h,t)}
35700 @r{      v@:      v l   @:             @:     1  @:vlen@:(v)}
35701 @r{      v@:    H v l   @:             @:     1  @:mdims@:(v)}
35702 @r{    v m@:      v m   @:             @:     2  @:vmask@:(v,m)}
35703 @r{      v@:      v n   @:             @:     1  @:rnorm@:(v)}
35704 @r{  a b c@:      v p   @:             @:    24  @:calc-pack@:}
35705 @r{      v@:      v r   @:n >0         @: 21,31  @:mrow@:(v,n)}
35706 @r{      v@:      v r   @:n <0         @:    31  @:mrrow@:(v,-n)}
35707 @r{      m@:      v r   @:0            @:    31  @:getdiag@:(m)}
35708 @r{  v i j@:      v s   @:             @:        @:subvec@:(v,i,j)}
35709 @r{  v i j@:    I v s   @:             @:        @:rsubvec@:(v,i,j)}
35710 @r{      m@:      v t   @:             @:     1  @:trn@:(m)}
35711 @r{      v@:      v u   @:             @:    24  @:calc-unpack@:}
35712 @r{      v@:      v v   @:             @:     1  @:rev@:(v)}
35713 @r{       @:      v x   @:n            @:    31  @:index@:(n)}
35714 @r{  n s i@:  C-u v x   @:             @:        @:index@:(n,s,i)}
35717 @r{      v@:      V A   @:op           @:    22  @:apply@:(op,v)}
35718 @r{  v1 v2@:      V C   @:             @:     2  @:cross@:(v1,v2)}
35719 @r{      m@:      V D   @:             @:     1  @:det@:(m)}
35720 @r{      s@:      V E   @:             @:     1  @:venum@:(s)}
35721 @r{      s@:      V F   @:             @:     1  @:vfloor@:(s)}
35722 @r{      v@:      V G   @:             @:        @:grade@:(v)}
35723 @r{      v@:    I V G   @:             @:        @:rgrade@:(v)}
35724 @r{      v@:      V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,n)}
35725 @r{    v w@:    H V H   @:n            @:    31  @:histogram@:(v,w,n)}
35726 @r{  v1 v2@:      V I   @:mop aop      @:    22  @:inner@:(mop,aop,v1,v2)}
35727 @r{      m@:      V J   @:             @:     1  @:ctrn@:(m)}
35728 @r{      m@:      V L   @:             @:     1  @:lud@:(m)}
35729 @r{      v@:      V M   @:op           @: 22,23  @:map@:(op,v)}
35730 @r{      v@:      V N   @:             @:     1  @:cnorm@:(v)}
35731 @r{  v1 v2@:      V O   @:op           @:    22  @:outer@:(op,v1,v2)}
35732 @r{      v@:      V R   @:op           @: 22,23  @:reduce@:(op,v)}
35733 @r{      v@:    I V R   @:op           @: 22,23  @:rreduce@:(op,v)}
35734 @r{    a n@:    H V R   @:op           @:    22  @:nest@:(op,a,n)}
35735 @r{      a@:  I H V R   @:op           @:    22  @:fixp@:(op,a)}
35736 @r{      v@:      V S   @:             @:        @:sort@:(v)}
35737 @r{      v@:    I V S   @:             @:        @:rsort@:(v)}
35738 @r{      m@:      V T   @:             @:     1  @:tr@:(m)}
35739 @r{      v@:      V U   @:op           @:    22  @:accum@:(op,v)}
35740 @r{      v@:    I V U   @:op           @:    22  @:raccum@:(op,v)}
35741 @r{    a n@:    H V U   @:op           @:    22  @:anest@:(op,a,n)}
35742 @r{      a@:  I H V U   @:op           @:    22  @:afixp@:(op,a)}
35743 @r{    s t@:      V V   @:             @:     2  @:vunion@:(s,t)}
35744 @r{    s t@:      V X   @:             @:     2  @:vxor@:(s,t)}
35747 @r{       @:      Y     @:             @:        @:@:user commands}
35750 @r{       @:      z     @:             @:        @:@:user commands}
35753 @r{      c@:      Z [   @:             @:    45  @:calc-kbd-if@:}
35754 @r{      c@:      Z |   @:             @:    45  @:calc-kbd-else-if@:}
35755 @r{       @:      Z :   @:             @:        @:calc-kbd-else@:}
35756 @r{       @:      Z ]   @:             @:        @:calc-kbd-end-if@:}
35759 @r{       @:      Z @{   @:             @:     4  @:calc-kbd-loop@:}
35760 @r{      c@:      Z /   @:             @:    45  @:calc-kbd-break@:}
35761 @r{       @:      Z @}   @:             @:        @:calc-kbd-end-loop@:}
35762 @r{      n@:      Z <   @:             @:        @:calc-kbd-repeat@:}
35763 @r{       @:      Z >   @:             @:        @:calc-kbd-end-repeat@:}
35764 @r{    n m@:      Z (   @:             @:        @:calc-kbd-for@:}
35765 @r{      s@:      Z )   @:             @:        @:calc-kbd-end-for@:}
35768 @r{       @:      Z C-g @:             @:        @:@:cancel if/loop command}
35771 @r{       @:      Z `   @:             @:        @:calc-kbd-push@:}
35772 @r{       @:      Z '   @:             @:        @:calc-kbd-pop@:}
35773 @r{       @:      Z #   @:             @:        @:calc-kbd-query@:}
35776 @r{   comp@:      Z C   @:func, args   @:    50  @:calc-user-define-composition@:}
35777 @r{       @:      Z D   @:key, command @:        @:calc-user-define@:}
35778 @r{       @:      Z E   @:key, editing @:    30  @:calc-user-define-edit@:}
35779 @r{   defn@:      Z F   @:k, c, f, a, n@:    28  @:calc-user-define-formula@:}
35780 @r{       @:      Z G   @:key          @:        @:calc-get-user-defn@:}
35781 @r{       @:      Z I   @:             @:        @:calc-user-define-invocation@:}
35782 @r{       @:      Z K   @:key, command @:        @:calc-user-define-kbd-macro@:}
35783 @r{       @:      Z P   @:key          @:        @:calc-user-define-permanent@:}
35784 @r{       @:      Z S   @:             @:    30  @:calc-edit-user-syntax@:}
35785 @r{       @:      Z T   @:             @:    12  @:calc-timing@:}
35786 @r{       @:      Z U   @:key          @:        @:calc-user-undefine@:}
35788 @end format
35790 @noindent
35791 NOTES
35793 @enumerate
35794 @c 1
35795 @item
35796 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
35797 Negative prefix arguments apply to the @expr{-n}th stack entry.
35798 A prefix of zero applies to the entire stack.  (For @key{LFD} and
35799 @kbd{M-@key{DEL}}, the meaning of the sign is reversed.)
35801 @c 2
35802 @item
35803 Positive prefix arguments apply to @expr{n} stack entries.
35804 Negative prefix arguments apply to the top stack entry
35805 and the next @expr{-n} stack entries.
35807 @c 3
35808 @item
35809 Positive prefix arguments rotate top @expr{n} stack entries by one.
35810 Negative prefix arguments rotate the entire stack by @expr{-n}.
35811 A prefix of zero reverses the entire stack.
35813 @c 4
35814 @item
35815 Prefix argument specifies a repeat count or distance.
35817 @c 5
35818 @item
35819 Positive prefix arguments specify a precision @expr{p}.
35820 Negative prefix arguments reduce the current precision by @expr{-p}.
35822 @c 6
35823 @item
35824 A prefix argument is interpreted as an additional step-size parameter.
35825 A plain @kbd{C-u} prefix means to prompt for the step size.
35827 @c 7
35828 @item
35829 A prefix argument specifies simplification level and depth.
35830 1=Default, 2=like @kbd{a s}, 3=like @kbd{a e}.
35832 @c 8
35833 @item
35834 A negative prefix operates only on the top level of the input formula.
35836 @c 9
35837 @item
35838 Positive prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, unsigned.
35839 Negative prefix arguments specify a word size of @expr{w} bits, signed.
35841 @c 10
35842 @item
35843 Prefix arguments specify the shift amount @expr{n}.  The @expr{w} argument
35844 cannot be specified in the keyboard version of this command.
35846 @c 11
35847 @item
35848 From the keyboard, @expr{d} is omitted and defaults to zero.
35850 @c 12
35851 @item
35852 Mode is toggled; a positive prefix always sets the mode, and a negative
35853 prefix always clears the mode.
35855 @c 13
35856 @item
35857 Some prefix argument values provide special variations of the mode.
35859 @c 14
35860 @item
35861 A prefix argument, if any, is used for @expr{m} instead of taking
35862 @expr{m} from the stack.  @expr{M} may take any of these values:
35863 @iftex
35864 {@advance@tableindent10pt
35865 @end iftex
35866 @table @asis
35867 @item Integer
35868 Random integer in the interval @expr{[0 .. m)}.
35869 @item Float
35870 Random floating-point number in the interval @expr{[0 .. m)}.
35871 @item 0.0
35872 Gaussian with mean 1 and standard deviation 0.
35873 @item Error form
35874 Gaussian with specified mean and standard deviation.
35875 @item Interval
35876 Random integer or floating-point number in that interval.
35877 @item Vector
35878 Random element from the vector.
35879 @end table
35880 @iftex
35882 @end iftex
35884 @c 15
35885 @item
35886 A prefix argument from 1 to 6 specifies number of date components
35887 to remove from the stack.  @xref{Date Conversions}.
35889 @c 16
35890 @item
35891 A prefix argument specifies a time zone; @kbd{C-u} says to take the
35892 time zone number or name from the top of the stack.  @xref{Time Zones}.
35894 @c 17
35895 @item
35896 A prefix argument specifies a day number (0-6, 0-31, or 0-366).
35898 @c 18
35899 @item
35900 If the input has no units, you will be prompted for both the old and
35901 the new units.
35903 @c 19
35904 @item
35905 With a prefix argument, collect that many stack entries to form the
35906 input data set.  Each entry may be a single value or a vector of values.
35908 @c 20
35909 @item
35910 With a prefix argument of 1, take a single 
35911 @texline @var{n}@math{\times2}
35912 @infoline @mathit{@var{N}x2} 
35913 matrix from the stack instead of two separate data vectors.
35915 @c 21
35916 @item
35917 The row or column number @expr{n} may be given as a numeric prefix
35918 argument instead.  A plain @kbd{C-u} prefix says to take @expr{n}
35919 from the top of the stack.  If @expr{n} is a vector or interval,
35920 a subvector/submatrix of the input is created.
35922 @c 22
35923 @item
35924 The @expr{op} prompt can be answered with the key sequence for the
35925 desired function, or with @kbd{x} or @kbd{z} followed by a function name,
35926 or with @kbd{$} to take a formula from the top of the stack, or with
35927 @kbd{'} and a typed formula.  In the last two cases, the formula may
35928 be a nameless function like @samp{<#1+#2>} or @samp{<x, y : x+y>}, or it
35929 may include @kbd{$}, @kbd{$$}, etc. (where @kbd{$} will correspond to the
35930 last argument of the created function), or otherwise you will be
35931 prompted for an argument list.  The number of vectors popped from the
35932 stack by @kbd{V M} depends on the number of arguments of the function.
35934 @c 23
35935 @item
35936 One of the mapping direction keys @kbd{_} (horizontal, i.e., map
35937 by rows or reduce across), @kbd{:} (vertical, i.e., map by columns or
35938 reduce down), or @kbd{=} (map or reduce by rows) may be used before
35939 entering @expr{op}; these modify the function name by adding the letter
35940 @code{r} for ``rows,'' @code{c} for ``columns,'' @code{a} for ``across,''
35941 or @code{d} for ``down.''
35943 @c 24
35944 @item
35945 The prefix argument specifies a packing mode.  A nonnegative mode
35946 is the number of items (for @kbd{v p}) or the number of levels
35947 (for @kbd{v u}).  A negative mode is as described below.  With no
35948 prefix argument, the mode is taken from the top of the stack and
35949 may be an integer or a vector of integers.
35950 @iftex
35951 {@advance@tableindent-20pt
35952 @end iftex
35953 @table @cite
35954 @item -1
35955 (@var{2})  Rectangular complex number.
35956 @item -2
35957 (@var{2})  Polar complex number.
35958 @item -3
35959 (@var{3})  HMS form.
35960 @item -4
35961 (@var{2})  Error form.
35962 @item -5
35963 (@var{2})  Modulo form.
35964 @item -6
35965 (@var{2})  Closed interval.
35966 @item -7
35967 (@var{2})  Closed .. open interval.
35968 @item -8
35969 (@var{2})  Open .. closed interval.
35970 @item -9
35971 (@var{2})  Open interval.
35972 @item -10
35973 (@var{2})  Fraction.
35974 @item -11
35975 (@var{2})  Float with integer mantissa.
35976 @item -12
35977 (@var{2})  Float with mantissa in @expr{[1 .. 10)}.
35978 @item -13
35979 (@var{1})  Date form (using date numbers).
35980 @item -14
35981 (@var{3})  Date form (using year, month, day).
35982 @item -15
35983 (@var{6})  Date form (using year, month, day, hour, minute, second).
35984 @end table
35985 @iftex
35987 @end iftex
35989 @c 25
35990 @item
35991 A prefix argument specifies the size @expr{n} of the matrix.  With no
35992 prefix argument, @expr{n} is omitted and the size is inferred from
35993 the input vector.
35995 @c 26
35996 @item
35997 The prefix argument specifies the starting position @expr{n} (default 1).
35999 @c 27
36000 @item
36001 Cursor position within stack buffer affects this command.
36003 @c 28
36004 @item
36005 Arguments are not actually removed from the stack by this command.
36007 @c 29
36008 @item
36009 Variable name may be a single digit or a full name.
36011 @c 30
36012 @item
36013 Editing occurs in a separate buffer.  Press @kbd{C-c C-c} (or 
36014 @key{LFD}, or in some cases @key{RET}) to finish the edit, or kill the
36015 buffer with @kbd{C-x k} to cancel the edit.  The @key{LFD} key prevents evaluation
36016 of the result of the edit.
36018 @c 31
36019 @item
36020 The number prompted for can also be provided as a prefix argument.
36022 @c 32
36023 @item
36024 Press this key a second time to cancel the prefix.
36026 @c 33
36027 @item
36028 With a negative prefix, deactivate all formulas.  With a positive
36029 prefix, deactivate and then reactivate from scratch.
36031 @c 34
36032 @item
36033 Default is to scan for nearest formula delimiter symbols.  With a
36034 prefix of zero, formula is delimited by mark and point.  With a
36035 non-zero prefix, formula is delimited by scanning forward or
36036 backward by that many lines.
36038 @c 35
36039 @item
36040 Parse the region between point and mark as a vector.  A nonzero prefix
36041 parses @var{n} lines before or after point as a vector.  A zero prefix
36042 parses the current line as a vector.  A @kbd{C-u} prefix parses the
36043 region between point and mark as a single formula.
36045 @c 36
36046 @item
36047 Parse the rectangle defined by point and mark as a matrix.  A positive
36048 prefix @var{n} divides the rectangle into columns of width @var{n}.
36049 A zero or @kbd{C-u} prefix parses each line as one formula.  A negative
36050 prefix suppresses special treatment of bracketed portions of a line.
36052 @c 37
36053 @item
36054 A numeric prefix causes the current language mode to be ignored.
36056 @c 38
36057 @item
36058 Responding to a prompt with a blank line answers that and all
36059 later prompts by popping additional stack entries.
36061 @c 39
36062 @item
36063 Answer for @expr{v} may also be of the form @expr{v = v_0} or
36064 @expr{v - v_0}.
36066 @c 40
36067 @item
36068 With a positive prefix argument, stack contains many @expr{y}'s and one
36069 common @expr{x}.  With a zero prefix, stack contains a vector of
36070 @expr{y}s and a common @expr{x}.  With a negative prefix, stack
36071 contains many @expr{[x,y]} vectors.  (For 3D plots, substitute
36072 @expr{z} for @expr{y} and @expr{x,y} for @expr{x}.)
36074 @c 41
36075 @item
36076 With any prefix argument, all curves in the graph are deleted.
36078 @c 42
36079 @item
36080 With a positive prefix, refines an existing plot with more data points.
36081 With a negative prefix, forces recomputation of the plot data.
36083 @c 43
36084 @item
36085 With any prefix argument, set the default value instead of the
36086 value for this graph.
36088 @c 44
36089 @item
36090 With a negative prefix argument, set the value for the printer.
36092 @c 45
36093 @item
36094 Condition is considered ``true'' if it is a nonzero real or complex
36095 number, or a formula whose value is known to be nonzero; it is ``false''
36096 otherwise.
36098 @c 46
36099 @item
36100 Several formulas separated by commas are pushed as multiple stack
36101 entries.  Trailing @kbd{)}, @kbd{]}, @kbd{@}}, @kbd{>}, and @kbd{"}
36102 delimiters may be omitted.  The notation @kbd{$$$} refers to the value
36103 in stack level three, and causes the formula to replace the top three
36104 stack levels.  The notation @kbd{$3} refers to stack level three without
36105 causing that value to be removed from the stack.  Use @key{LFD} in place
36106 of @key{RET} to prevent evaluation; use @kbd{M-=} in place of @key{RET}
36107 to evaluate variables.
36109 @c 47
36110 @item
36111 The variable is replaced by the formula shown on the right.  The
36112 Inverse flag reverses the order of the operands, e.g., @kbd{I s - x}
36113 assigns 
36114 @texline @math{x \coloneq a-x}.
36115 @infoline @expr{x := a-x}.
36117 @c 48
36118 @item
36119 Press @kbd{?} repeatedly to see how to choose a model.  Answer the
36120 variables prompt with @expr{iv} or @expr{iv;pv} to specify
36121 independent and parameter variables.  A positive prefix argument
36122 takes @mathit{@var{n}+1} vectors from the stack; a zero prefix takes a matrix
36123 and a vector from the stack.
36125 @c 49
36126 @item
36127 With a plain @kbd{C-u} prefix, replace the current region of the
36128 destination buffer with the yanked text instead of inserting.
36130 @c 50
36131 @item
36132 All stack entries are reformatted; the @kbd{H} prefix inhibits this.
36133 The @kbd{I} prefix sets the mode temporarily, redraws the top stack
36134 entry, then restores the original setting of the mode.
36136 @c 51
36137 @item
36138 A negative prefix sets the default 3D resolution instead of the
36139 default 2D resolution.
36141 @c 52
36142 @item
36143 This grabs a vector of the form [@var{prec}, @var{wsize}, @var{ssize},
36144 @var{radix}, @var{flfmt}, @var{ang}, @var{frac}, @var{symb}, @var{polar},
36145 @var{matrix}, @var{simp}, @var{inf}].  A prefix argument from 1 to 12
36146 grabs the @var{n}th mode value only.
36147 @end enumerate
36149 @iftex
36150 (Space is provided below for you to keep your own written notes.)
36151 @page
36152 @endgroup
36153 @end iftex
36156 @c [end-summary]
36158 @node Key Index, Command Index, Summary, Top
36159 @unnumbered Index of Key Sequences
36161 @printindex ky
36163 @node Command Index, Function Index, Key Index, Top
36164 @unnumbered Index of Calculator Commands
36166 Since all Calculator commands begin with the prefix @samp{calc-}, the
36167 @kbd{x} key has been provided as a variant of @kbd{M-x} which automatically
36168 types @samp{calc-} for you.  Thus, @kbd{x last-args} is short for
36169 @kbd{M-x calc-last-args}.
36171 @printindex pg
36173 @node Function Index, Concept Index, Command Index, Top
36174 @unnumbered Index of Algebraic Functions
36176 This is a list of built-in functions and operators usable in algebraic
36177 expressions.  Their full Lisp names are derived by adding the prefix
36178 @samp{calcFunc-}, as in @code{calcFunc-sqrt}.
36179 @iftex
36180 All functions except those noted with ``*'' have corresponding
36181 Calc keystrokes and can also be found in the Calc Summary.
36182 @end iftex
36184 @printindex tp
36186 @node Concept Index, Variable Index, Function Index, Top
36187 @unnumbered Concept Index
36189 @printindex cp
36191 @node Variable Index, Lisp Function Index, Concept Index, Top
36192 @unnumbered Index of Variables
36194 The variables in this list that do not contain dashes are accessible
36195 as Calc variables.  Add a @samp{var-} prefix to get the name of the
36196 corresponding Lisp variable.
36198 The remaining variables are Lisp variables suitable for @code{setq}ing
36199 in your Calc init file or @file{.emacs} file.
36201 @printindex vr
36203 @node Lisp Function Index,  , Variable Index, Top
36204 @unnumbered Index of Lisp Math Functions
36206 The following functions are meant to be used with @code{defmath}, not
36207 @code{defun} definitions.  For names that do not start with @samp{calc-},
36208 the corresponding full Lisp name is derived by adding a prefix of
36209 @samp{math-}.
36211 @printindex fn
36213 @bye
36216 @ignore
36217    arch-tag: 77a71809-fa4d-40be-b2cc-da3e8fb137c0
36218 @end ignore